[發(fā)明專利]基于橋臂等值電容的模塊化多電平換流器高效建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710848925.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN107609283B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李博通;劉軼超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/455
• 分類號(hào): G06F9/455
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

本發(fā)明涉及柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，為解決傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器詳細(xì)建模方法在仿真速率方面嚴(yán)重受到級(jí)聯(lián)子模塊數(shù)量的影響問題，能夠在保證仿真精度的前提下大幅提高仿真速度且仿真速度不受級(jí)聯(lián)子模塊數(shù)量制約。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于橋臂等值電容的模塊化多電平換流器高效建模方法，首先基于能量守恒定律將各橋臂所有級(jí)聯(lián)子模塊等效成一個(gè)電容器，然后基于梯形積分法建立各橋臂等效電容的離散化模型，最后基于模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)各橋臂等效模型進(jìn)行電氣連接，并根據(jù)換流器站級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)制信號(hào)對(duì)各橋臂等效模型進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)模塊化多電平換流器的高效建模仿真。本發(fā)明主要應(yīng)用于柔性直流輸電場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電壓源型換流器建模仿真領(lǐng)域，特別涉及模塊化多電平換流器的高效建模仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)

模塊化多電平換流器是目前高壓大容量柔性直流輸電系統(tǒng)的首選換流器類型，其采用多電壓源型子模塊串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換，相比于傳統(tǒng)的兩、三電平電壓源型換流器，具有擴(kuò)展性好、輸出諧波小、開關(guān)頻率低等諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)模塊化多電平換流器建模方法的研究，是設(shè)計(jì)和分析柔性直流輸電系統(tǒng)的必要手段。

模塊化多電平換流器采用全控型功率器件，傳統(tǒng)的換流器建模方法通過對(duì)每個(gè)子模塊進(jìn)行詳細(xì)建模實(shí)現(xiàn)換流器建模，隨著級(jí)聯(lián)子模塊數(shù)量的增加，電磁暫態(tài)仿真時(shí)間大幅增長，尤其在柔性直流電網(wǎng)的仿真過程中，由于其包含多個(gè)換流站，仿真時(shí)間更為冗長。因此，如何構(gòu)建模塊化多電平換流器的高效仿真模型，在保證仿真精度的前提下提高仿真速度，具有重要的研究價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器詳細(xì)建模方法在仿真速率方面嚴(yán)重受到級(jí)聯(lián)子模塊數(shù)量的影響問題，本發(fā)明旨在提出一種基于橋臂等值電容的模塊化多電平換流器高效建模方法，該方法能夠在保證仿真精度的前提下大幅提高仿真速度且仿真速度不受級(jí)聯(lián)子模塊數(shù)量制約。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于橋臂等值電容的模塊化多電平換流器高效建模方法，首先基于能量守恒定律將各橋臂所有級(jí)聯(lián)子模塊等效成一個(gè)電容器，然后基于梯形積分法建立各橋臂等效電容的離散化模型，最后基于模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)各橋臂等效模型進(jìn)行電氣連接，并根據(jù)換流器站級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)制信號(hào)對(duì)各橋臂等效模型進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)模塊化多電平換流器的高效建模仿真。

一個(gè)實(shí)例中，換流器由6個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂連接有若干子模塊，子模塊由絕緣柵型晶體管T₁、T₂、二極管D₁、D₂、分布電容C₀構(gòu)成，T₁、T₂串接后并接C₀，D₁、D₂分別對(duì)應(yīng)接在T₁、T₂發(fā)射極、源極之間，且二極管正極均接發(fā)射極；換流器工作時(shí)通過控制T₁、T₂來進(jìn)行子模塊的投切，T₁＝1，T₂＝0時(shí)子模塊為投入狀態(tài)，T₁＝0，T₂＝1時(shí)子模塊為切除狀態(tài)，當(dāng)子模塊輪換投切的頻率較高時(shí)，各子模塊電容電壓之間的差值較小，將橋臂中的所有子模塊等效成一個(gè)集中電容，包括如下步驟：

步驟A：模塊化多電平換流器橋臂等效電容值計(jì)算，計(jì)算方法為：

式中，x為橋臂投入的子模塊個(gè)數(shù)，N為橋臂子模塊總數(shù)，C₀為子模塊電容值，C_eq為橋臂子模塊等效電容值；

投入子模塊數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，橋臂等效電容值變化，為保證能量守恒，需對(duì)變化后的等效電容賦予初始電壓，其計(jì)算方法為：