[发明专利]一种MMC拓扑变换器高效电磁暂态仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种MMC拓扑变换器高效电磁暂态仿真方法。

背景技术

模块化多电平（MMC）拓扑的提出促进了柔性直流输电技术的发展，该拓扑使用模块级联来实现高电压，避免了在高压直流输电领域应用时，数百个电力电子器件直流串联所带来的动静态均压问题，降低了对功率器件一致性的要求。然而模块化多电平柔性直流换流阀的半导体器件数通常是两电平/三电平拓扑器件数目的2次方，庞大的器件数量，给变换器的电磁暂态仿真带来了很大挑战。

直接使用PSCAD/EMTDC元件库中的IGBT、二极管等元件搭建对应实际工程的MMC变换器，元件数量和模型节点数量庞大。为了模拟开关动作，在每个开关动作时刻，都要将一个大小为模型节点数的导纳矩阵重新三角形化，并且每个元件都需要调用一次PSCAD和EMTDC之间的接口，仿真效率低，运行时间长。在S.P.Teeuwsen,“Simplified dynamic model of a voltage-sourced converter with modular multilevelconverter design,”presented at the IEEE/Power Eng.Soc.-Power Systems Conf.Expo.,Seattle,WA,Mar.2009中提出了模块化多电平变换器的开关周期平均简化模型，用于模拟该变换器的暂态和稳态过程，显著提高了仿真速度，缩短了仿真时间。然而，由于在开关周期平均模型中，不单独地模拟每一个电平，因此不能对变换器的异常情况（如单个子模块故障）进行仿真。

本发明提出了一种基于戴维宁等效电路的MMC拓扑VSC-HVDC变换器高效电磁暂态仿真方法。该方法根据MMC拓扑换流器中串联子模块的戴维宁等效电路，在自定义模块中编辑脚本来模拟子模块行为，并用数组存储各子模块的状态变量。从而减少了模型节点数量，以及接口程序调用次数，大幅提高的仿真效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种MMC拓扑变换器高效电磁暂态仿真方法，减少了MMC拓扑变换器模型的节点数，仿真速度快，效率高。

本发明提供的一种MMC拓扑变换器高效电磁暂态仿真方法，其改进之处在于，

（1）建立子模块的戴维宁等效电路，得到串联子模块的戴维宁等效电路；

（2）打开PSCAD，运行Fortran脚本编辑自定义模块；

（3）用自定义模块替换至少一个子模块；

（4）在PSCAD的自定义模块中用状态位表示IGBT状态，用数组表示电容电压和子模块电流等变量；

（5）用差分方程计算子模块电容电压和子模块电流。

其中，步骤（1）建立子模块的戴维宁等效电路的步骤包括：

1）将IGBT等效为双态电阻；

2）确定IGBT开关状态；

3）根据所述IGBT开关状态，将子模块等效为由电阻和电容构成的无源一端口网络。

其中，在构成的无源一端口网络时，使用梯形积分法，对电容电压暂态方程进行离散化，得：