[發明專利]二極管箝位式模塊化多電平換流器子模塊等值仿真方法

有效

• 申請號: 201510490045.6
• 申請日: 2015-08-11
• 公開（公告）號: CN105099245B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 龔文明;朱喆;許樹楷
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 何傳鋒

技術領域

本發明一種二極管箝位式模塊化多電平換流器子模塊等值仿真方法。

背景技術

柔性直流輸電是解決大規模可再生能源并網、大容量遠距離輸電、輸電走廊緊缺等問題的有效技術手段之一。

現有柔性直流輸電系統一般基于模塊化多電平換流器，這種換流器由數量巨大的子模塊級聯構成，每個子模塊中又包含數個電力電子開關、二極管、電容等器件。在使用目前通用的電磁暫態仿真軟件進行仿真計算時，開關器件被等效成一個雙狀態的可變電阻，當發生開關狀態變化時就需要重新生成節點導納矩陣，并且為了消除在兩次仿真采樣時刻之間開關狀態改變所造成的計算誤差，還需要對開關時刻的狀態變量進行插值運算。由于模塊化多電平換流器包含了大量開關動作，因此每一個仿真步長中都存在大量矩陣逆運算與插值運算，大大降低了仿真效率。

目前文獻中提出了幾類改進仿真效率的建模方法。第一類是采用平均值建模方法，但這種方法忽略了開關過程，難以得到精確的電磁暫態計算結果。第二類方法將開關器件等效為理想開關，并將模塊化多電平換流器的子模塊及橋臂用Dommel等值計算模型進行等效，從而避免了開關狀態變化時重新生成節點導納矩陣，這種方法仍然是串行計算方法。第三類方法是利用可控電壓源和可控電流源實現子模塊與主電路的解耦，從而可以基于現場可編程門陣列(FPGA)芯片實現大量子模塊的實時并行計算，這類方法需要根據電路拓撲結構進行特殊的建模。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的是實現一種二極管箝位式模塊化多電平換流器的并行仿真。

為了實現上述目的，本發明提供了一種二極管箝位式模塊化多電平換流器子模塊等值仿真方法，所述模塊化多電平換流器由六個橋臂組成，每兩個橋臂串聯形成一個相單元，每個橋臂由數個級聯子模塊和一個橋臂電抗L串聯組成；每個所述子模塊包括反并聯連接的第一開關管S₁與第一二極管D₁、反并聯連接的第二開關管S₂與第二二極管D₂、反并聯連接的第三開關管S₃與第三二極管D₃、第四二極管D₄、第一電容C₁和第二電容C₂；其中，D₁的正極與D₂的負極連接到所述子模塊的正輸出端，D₁的負極連接到C₁的正極，C₁的負極與C₂的正極連接到D₄的負極，D₂的正極與D₃的正極連接到C₂的負極，D₃的負極與D₄的正極連接到所述子模塊的負輸出端；

該仿真方法包括如下步驟：

A、仿真前，根據開關狀態與橋臂電流方向預先分析子模塊所有可能的十六種工作狀態，根據分析結果最終歸納為六種工作模式，并得到每種工作模式下C₁、C₂的電壓計算公式和子模塊的輸出電壓計算公式；

B、仿真時，根據求解時刻開關驅動信號與橋臂電流方向判斷子模塊工作模式；

C、根據步驟A所述對應工作模式下的電容電壓計算公式得到C₁、C₂的電壓；

D、根據步驟A所述對應工作模式下的子模塊輸出電壓計算公式和步驟C得到的電容電壓計算得到子模塊輸出電壓。

根據本發明另一具體實施方式，步驟A中的第一工作模式MOD1為：兩個電容旁路；

兩個電容的電壓計算公式為：

u_c1＝U_c10

u_c2＝U_c20

u_sm＝sign(i)(u_D+u_S)

其中U_c10、U_c10分別為C₁、C₂的初始電壓，u_D為二極管電壓降，u_S為開關管電壓降，sign()為求符號函數。

根據本發明另一具體實施方式，第一工作模式MOD1分為兩種狀態：

在狀態MOD1a中，S₂和D₃導通，兩個電容旁路；