[發明專利]一種MMC功率模塊非線性特征仿真模型

有效

• 申請號: 201710568559.8
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107257205B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 徐飛;李耀華;王平;李子欣;高范強;馬遜;楚遵方
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種MMC功率模塊非線性特征的仿真模型，由一個受控電流源i_m、一個電容C_m、一個線性電阻R_b和一個非線性電阻R_hp組成；受控電流源i_m的正極分別與電容C_m的正極、線性電阻R_b的一端及非線性電阻R_hp的一端相連接；受控電流源i_m的負極與C_m電容的負極、線性電阻R_b的另一端及非線性電阻R_hp另一端連接；所述仿真模型模擬MMC換流器在無均勻主動控制下MMC功率模塊電容電壓發散過程，實現全橋型功率模塊和半橋型功率模塊的非線性特征仿真，適用于混合型MMC換流器在無主動均壓控制時MMC功率模塊電容電壓發散過程的電磁暫態仿真。

技術領域

本發明涉及一種MMC功率模塊的仿真模型。

背景技術

基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的高壓柔性直流輸電系統(VSC-HVDC)具有四象限運行、濾波器小、可向無源網絡供電等諸多優點，其在輸電領域獲得了廣泛關注。工程上MMC功率模塊由眾多部件構成，例如功率模塊控制電路、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)及驅動器、電容、均壓電阻、旁路開關、自取能電源等。

MMC功率模塊內部控制電路采用自取能電源供電方式，即MMC功率模塊的自取能電源從MMC功率模塊電容獲取高位電能并將其轉化為低壓電源供控制電路使用。由于功率模塊內部控制電路可近似為恒功率消耗，因此在MMC功率模塊中其自取能電源相對于電容來說為恒功率負載，自取能電源的恒功率特性使得功率模塊電容電壓越低自取能電源輸入的電流越大。當MMC處于不控充電階段時，電容電壓較低的功率模塊電容電壓越來越低，而電容電壓較高的功率模塊電容電壓越來越高，隨著MMC解鎖時間的推遲電容電壓會發散，該現象在實際的工程中也得到了實際驗證。MMC功率模塊電容電壓發散過程與MMC控制密切相關，涉及MMC控制器不控充電完成后最遲解鎖時間的設定，因此需要建立MMC功率模塊非線性特征仿真模型，實現其非線性過程的電磁暫態仿真。

由于MMC功率模塊數量較多，且每個MMC功率模塊內部含有非線性元件，例如IGBT、二極管和自取能電源等，因此較實現MMC功率模塊非線性特征的實時仿真模型。中國專利CN106570226提出了一種MMC平均值模型，該方法可實現MMC的實時仿真，但是無法仿真每個MMC功率模塊的電磁暫態過程。中國專利CN103116665A提出一種MMC拓撲換流器高效電磁暫態仿真方法，該發明對IGBT和二極管進行等效處理，減少電路節點路從而提高MMC功率模塊仿真速度，然而該方法未實現功率模塊的非線性特征仿真。

發明內容

本發明目的是克服現有技術的缺點，提出一種MMC功率模塊非線性特征仿真模型，本發明模擬MMC換流器在無均勻主動控制下MMC功率模塊電容電壓發散過程。

MMC功率模塊非線性特征仿真模型由一個受控電流源i_m、一個電容C_m、一個線性電阻R_b和一個非線性電阻R_hp組成。受控電流源i_m的正極分別與電容C_m的正極、線性電阻R_b的一端及非線性電阻R_hp一端相連接；受控電流源i_m的負極與C_m電容的負極、線性電阻R_b的另一端及非線性電阻R_hp的另一端連接。

MMC功率模塊非線性特征仿真模型模擬MMC換流器在無均壓主動控制下MMC功率模塊電容電壓發散過程的方法如下：

(1)計算受控電流源電流值i_m