[发明专利]一种考虑多种闭锁模态的基于箝位双子模块MMC的等效仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种考虑多种闭锁模态的基于箝位双子模块MMC的等效仿真方法。

背景技术

2001年，德国学者R.Marquardt首先提出了模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)拓扑，该型拓扑的桥臂采用基本运行单元级联的形式，避免大量开关器件直接串联，不存在一致触发等问题，因此在近年来得到了学界与工业界的广泛关注，并被迅速应用到工程实际当中。

如图1所示，MMC拓扑的桥臂由多个子模块串联而成，子模块的结构根据使用场合的需要可分为不同的类型，目前比较常用的有半桥子模块、全桥子模块以及箝位双子模块三类。其中箝位双子模块因为可靠性强、处理直流故障能力优秀、使用的电力电子器件少而更具应用前景。

系统仿真建模是对MMC拓扑研究的基础。MMC拓扑包含大量的电力电子器件，在正常运行时，这些电力电子器件将频繁开断，这会对系统的仿真计算产生很大负担。特别是在实际工程中，随着MMC电压等级以及容量的增大，单个桥臂所需要串联的子模块数量将随之增大。如果每个子模块都采用传统方法用真实模型搭建，一方面搭建难度大，另一方面后续的仿真计算也将花费很长时间。因此，有学者提出将子模块中的电容器用时域戴维南等效支路替代，进而将子模块等效为一个戴维南等效支路，最终将子模块戴维南等效支路级联构成整个桥臂的戴维南等效支路。这种算法大大减少了MMC导纳矩阵的维数，加快了仿真速度，但无法对二极管的插值进行精确地处理，导致子模块闭锁时系统仿真特性与真实特性出现较大偏差。此外，现有研究一般仅针对半桥子模块，对于箝位双子模块的研究较少。箝位双子模块不同于半桥子模块，其闭锁特性与闭锁方式也有很大不同。因此，有必要提出一种考虑箝位双子模块闭锁特性的快速仿真建模方法。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种考虑多种闭锁模态的基于箝位双子模块MMC的等效仿真方法，该方法将子模块等效为戴维南等效支路，同时引入真实二极管器件，能够在保证仿真速度的前提下对箝位双子模块各闭锁状态进行精确模拟。

一种考虑多种闭锁模态的基于箝位双子模块MMC的等效仿真方法，所述的MMC为三相六桥臂结构，每个桥臂均由若干个箝位双子模块级联构成；所述的箝位双子模块由五个带反并联二极管的IGBT管T₁～T₅、两个续流二极管D₆～D₇和两个电容C₁～C₂组成；其中，IGBT管T₁的集电极与电容C₁的正极和续流二极管D₆的阴极相连，IGBT管T₁的发射极与IGBT管T₂的集电极相连并构成箝位双子模块的正极，IGBT管T₂的发射极与电容C₁的负极、续流二极管D₇的阴极以及IGBT管T₅的发射极相连，续流二极管D₆的阳极与IGBT管T₅的集电极、电容C₂的正极以及IGBT管T₃的集电极相连，IGBT管T₃的发射极与IGBT管T₄的集电极相连并构成箝位双子模块的负极，续流二极管D₇的阳极与IGBT管T₄的发射极以及电容C₂的负极相连；五个IGBT管T₁～T₅的基极均接收外部设备提供的开关信号；所述的等效仿真方法包括如下步骤：

(1)获取MMC的桥臂运行参数，所述的桥臂运行参数包括桥臂电流和桥臂各子模块内IGBT管的开关状态；

(2)根据所述的桥臂运行参数构建MMC的桥臂等效电路，并确定桥臂等效电路中各器件的参数；