[發明專利]一種基于MMC高效電磁暫態橋臂等效模型的仿真方法

在審

• 申請號: 202011283983.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112417667A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 鄭眉;徐政;張哲任;宋遠見
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/30
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種基于MMC高效電磁暫態橋臂等效模型的仿真方法，其提出的橋臂等效模型AEM可以準確表示橋臂電流和子模塊電容電壓的動態變化，并且在不損失準確性的情況下具有更高的計算效率，AEM可以在橋臂不同模式下準確地表現出動態響應，同時對子模塊中的IGBT及其反并聯二極管的導通和截止狀態進行精確表示。本發明AEM的仿真速度與MMC?HVDC中子模塊個數無關，實施簡單，適用于大規模MMC?HVDC電網的仿真計算，在工程設計中有較大的使用價值。

技術領域

本發明屬于電力系統仿真技術領域，具體涉及一種基于MMC高效電磁暫態橋臂等效模型的仿真方法。

背景技術

基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的HVDC(MMC-HVDC)已被廣泛應用于大規模的可再生能源集成和異步電網互連。與傳統的電網換相換流器(Line-commutated Converter，LCC)和兩級或三級電壓源換流器(Voltage SourceConverter)相比，MMC憑借其高模塊化，無換向失敗問題和良好的輸出波形而成為更好的選擇。

為了研究MMC的動態行為，學術界已經進行了數項重要的研究工作來開發針對電磁瞬態仿真程序的不同應用目的的MMC模型。Peralta等人在標題為Detailed andaveraged models for a 401-level MMC-HVDC system(IEEE Trans.Power Del.,2012,27,1501–1508)的文章中討論了詳細的開關模式(Detailed Switching Mode，DSM)，它可以準確地呈現MMC中IGBT的開關動態特性，由于開關元件數量眾多，MMC為整個電路的導納矩陣貢獻了大量可開關節點；但由于IGBT動作頻率較高(通常在kHz范圍內)，因此必須在每次開關動作時重新計算整個MMC的導納矩陣，由于龐大的節點和微小的時間步長，DSM帶來了巨大的計算負擔和過多的計算時間要求；因此，對于系統級研究，尤其是對于HVDC電網，DSM實際上并不適用。

為了克服DSM的仿真效率缺陷，Gnanarathna等人在標題為Efficient modelingof modular multilevel HVDC converters(MMC)on electromagnetic transientsimulation programs(IEEE Trans.Power Del.,2011,26,316–324)的文章中提出了詳細的等效模型(Detailed Equivalent Model，DEM)，并進行了改進；基于橋臂戴維南等效電路，DEM消除了內部中間節點，并在不損失精度的情況下大大提高了仿真效率，但是DEM的仿真效率與MMC-HVDC電網中的子模塊個數有關，對于具有大量子模塊的大規模MMC-HVDC電網，DEM的計算效率仍然不能令人滿意。

總之，現有的等效仿真模型存在計算量大、仿真效率低和應用場景窄的問題，不適用于MMC大規模的快速仿真，因此有必要提出一種新的仿真模型及方法。

發明內容

鑒于上述，本發明提出了一種基于MMC高效電磁暫態橋臂等效模型的仿真方法，該仿真方法實施簡單，適用性強，在工程設計中有較大的使用價值。

一種基于MMC高效電磁暫態橋臂等效模型的仿真方法，包括如下步驟：

(1)獲取MMC運行參數，所述MMC橋臂采用半橋子模塊級聯；

(2)構建MMC各橋臂的等效電路，并根據所述MMC運行參數計算確定各橋臂等效電路中的等效元器件參數；

(3)基于所述等效電路建立MMC仿真模型，根據MMC橋臂中各子模塊t-ΔT時刻的電氣量進行仿真計算，得到t時刻MMC的橋臂電流，進而計算出橋臂中各子模塊t時刻的電氣量，t表示時間，ΔT為仿真步長。

進一步地，所述MMC運行參數包括MMC各橋臂電流以及各子模塊的電容電壓以及開關狀態。