本發(fā)明公開了一種模塊化多電平換流器多拓?fù)渫ㄓ梅抡婺Ｐ停ǎ簶虮弁ㄓ煤喕娐纺K，用于通過可控電壓源、理想開關(guān)和二極管模擬模塊化多電平換流器電路結(jié)構(gòu)；橋臂動態(tài)平均值計算模塊，用于對多子模塊開關(guān)和調(diào)制過程進(jìn)行平均化等值；拓?fù)湎禂?shù)計算模塊，用于引入拓?fù)鋮?shù)以體現(xiàn)由不同拓?fù)鋷淼臉虮蹌討B(tài)平均值的差異；換流器級控制模塊，用于根據(jù)電網(wǎng)仿真模型發(fā)送的指令和測量得到的接口電氣量計算模塊化多電平換流器的參考電壓和工作模式。該模型可準(zhǔn)確地模擬模塊化多電平換流器在穩(wěn)態(tài)、交流故障、換流器閉鎖、直流故障清除和恢復(fù)等過程動態(tài)特性和控制行為，且具有較高的仿真效率，還具有很好的拓?fù)溥m應(yīng)性，適合于開展電網(wǎng)級仿真研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓大容量電力電子換流器仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種模塊化多電平換流器多拓?fù)渫ㄓ梅抡婺Ｐ汀?/p>

背景技術(shù)

模塊化多電平換流器屬于電壓源型電力電子換流器，基于絕緣柵雙極型晶體管等全控電力電子器件和脈寬調(diào)制技術(shù)，能夠穩(wěn)定地控制有功功率和無功功率在交直流系統(tǒng)間傳輸。模塊化多電平換流器的電路原理如圖1所示。模塊化多電平換流器包含a、b、c三個相單元，每個相單元包含兩個橋臂，即上橋臂和下橋臂，總共六個橋臂。三個相單元并聯(lián)在直流正極和直流負(fù)極之間，三個相單元的上橋臂和下橋臂的中間點聯(lián)接三相交流系統(tǒng)。每個橋臂由一個橋臂電抗L_s和N個子模塊串聯(lián)組成。典型的子模塊主要包括三類:半橋子模塊、全橋子模塊和嵌位雙子模塊。半橋子模塊由兩個絕緣柵雙極晶體管S₁、S₂，兩個續(xù)流二極管D₁、D₂以及一個直流電容C_d構(gòu)成。全橋子模塊由四個絕緣柵雙極晶體管S₁、S₂、S₃、S₄，四個續(xù)流二極管D₁、D₂、D₃、D₄以及一個直流電容C_d構(gòu)成。嵌位雙子模塊由五個絕緣柵雙極晶體管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅，七個續(xù)流二極管D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇以及兩個直流電容C_d1、C_d2構(gòu)成。模塊化多電平換流器具有諸多技術(shù)優(yōu)勢，如模塊化的結(jié)構(gòu)，易于達(dá)到高電壓等級；多電平的工作方式，利于提升傳輸效率；高質(zhì)量的輸出電壓波形，不需要安裝交流濾波器等，使其在區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)、可再生能源接入電網(wǎng)等場景下受到廣泛重視。

模塊化多電平換流器在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，給整個電網(wǎng)級的仿真建模和分析過程帶來巨大挑戰(zhàn)。隨著容量和電壓等級的迅速提升，模塊化多電平換流器對電網(wǎng)的運行和穩(wěn)定會產(chǎn)生直接而深刻的影響，因此電網(wǎng)級仿真研究往往需要準(zhǔn)確地模擬模塊化多電平換流器的動態(tài)特性和控制行為。考慮到模塊化多電平換流器是電網(wǎng)中現(xiàn)有的最為復(fù)雜的電力電子裝置，需要采用較為詳細(xì)的電磁暫態(tài)仿真模型。同時，為了適應(yīng)電網(wǎng)級仿真研究的仿真規(guī)模和計算能力，需要進(jìn)一步提升仿真速度，建立快速高效的電磁暫態(tài)仿真模型。此外，為了應(yīng)對直流故障，模塊化多電平換流器不斷涌現(xiàn)新型拓?fù)洌玑槍γ恳粋€新拓?fù)溥M(jìn)行專門的建模研究，工程量巨大，而且不能窮舉。因此，建立通用于多種拓?fù)涞哪K化多電平換流器快速仿真模型，使仿真建模時既能準(zhǔn)確地體現(xiàn)模塊化多電平換流器外特性，又能解決大規(guī)模電網(wǎng)仿真的效率問題，不僅可以為分析和解決電網(wǎng)級仿真問題提供實用工具，而且對模塊化多電平換流器技術(shù)在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用具有重要意義。