[发明专利]一种半桥式模块化多电平换流器直流短路工况仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半桥式模块化多电平换流器直流短路工况仿真方法，属于电力系统柔性输配电和电力电子技术领域。

背景技术

随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)技术日益受到重视。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter)是VSC-HVDC系统中应用的电压源换流器的一种，它由多个半桥或全桥式子模块按照一定的方式连接而成，通过分别控制各个子模块IGBT组件的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。流短路故障是MMC-HVDC系统最为常见的一种故障，在发生短路时，对于半桥式模块化多电平换流器而言，因为子模块下管反并联二极管的存在，交流电网电动势以及子模块脉冲封锁前的电容电压均通过直流短路点进行放电，鉴于高电压等级的电网电动势和子模块电容电压和以及较小的放电回路阻抗，系统会产生很大的短路电流。而采用详细模型进行仿真，在系统子模块数较大的时候仿真消耗的时间将会很长，会严重影响成套设计的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种半桥式模块化多电平换流器直流短路工况仿真方法，以解决采用详细模型进行直流短路故障分析的仿真时间过长的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种半桥式模块化多电平换流器直流短路工况仿真方法，该仿真方法包括以下步骤：

1)建立直流短路工况下模块化多电平换流器的等效电路模型，以桥臂等效模块代替多电平换流器的MMC换流阀桥臂，所述的桥臂等效模块由个可控电压源、一个开关和一个二极管构成；

2)配置桥臂等效模块中各元件的参数，使所建立的直流短路工况下的模块化多电平换流器等效电路模型与直流短路工况下模块化多电平换流器详细模型具有相同的外部特性；

3)对配置后的直流短路工况下的模块化多电平换流器的等效电路的直流短路工况进行仿真。

所述的桥臂等效模块的可控电压源的正极与开关的一端连接，开关的另一端与二极管负极连接，连接点构成等效模块的正端口，可控电压源的负极与二极管正极连接，连接点构成等效模块的负端口。

所述桥臂等效模块包括各相上桥臂等效模块和下桥臂等效模块，所述的各相上桥臂等效模块的正端口相连后与直流正母线电抗器一端连接，直流正母线电抗器的另一端与直流受控电压源正极连接；各相下桥臂等效模块的负端口相连后与直流负母线电抗器一端连接，直流负母线电抗器另一端与直流受控电压源负极连接。

所述的各相上桥臂等效模块的负端口分别与各相上桥臂电抗器的一端相连，各相下桥臂等效模块的正端口分别与各相下桥臂电抗器的一端相连，各相上桥臂电抗器的另一端分别与该相下桥臂电抗器的另一端连接，连接点构成换流器等效电路交流输出端。

所述步骤2)中配置的各相上桥臂等效模块中可控电压源电压为U_pk＝U_dc/2-U_mk，各相下桥臂等效模块中的可控电压源电压为U_nk＝U_dc/2+U_mk，其中U_pk为上桥臂等效模块中可控电压源的k相电压，U_nk为下桥臂等效模块中可控电压源的k相电压，U_mk为换流器调制峰值的k相电压，k代表A、B、C三相中的任意一相，U_dc为换流器的直流受控电压源电压。

所述步骤2)中配置的每个桥臂等效模块中的二极管通态阻抗Ron为Rons*N，断态阻抗Roff为Roffs*N，其中Rons为详细模型中单个子模块的IGBT/Diode组件通态电阻，Roffs为详细模型中单个子模块的IGBT/Diode组件断态电阻，N为单个桥臂子模块总数。

所述步骤2)中配置的每个桥臂等效模块中的开关通态阻抗Rson为Rons*N，断态阻抗Rsoff为Roffs*N，其中Rons为详细模型中单个子模块的IGBT/Diode组件通态电阻，Roffs为详细模型中单个子模块的IGBT/Diode组件断态电阻，N为单个桥臂子模块总数。

所述步骤3)中的仿真是在MATLAB R2012b Simulink仿真环境下实现的。