[发明专利]一种模块化多电平整流器及变电站、建模仿真平台、方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平整流器MMC及变电站、建模仿真平台和建模仿真方法，特别是一种可并行计算以实现实时或快速电磁暂态仿真的模块化多电平整流器(modular multilevel converter或MMC)，同时涉及一种对模块化多电平整流器MMC及包含上述MMC的变电站的电磁暂态仿真进行建模的方法，及其在实时或快速电磁暂态仿真中的应用。

背景技术

模块化多电平换流器，亦称模块化多电平整流器(MMC)是一种新型的电压变换电路，它通过将多个子模块级联的方式，可以叠加输出很高的电压，并且还具有输出谐波少、模块化程度高等特点，因而在电力系统中具有广泛的应用前景。目前，MMC(模块化多电平整流器)越来越多地被用在高压直流输电(HVDC)和柔性输电(FACTS)应用中。MMC的特点之一是模块数量大，回路里的电力电子开关多。

传统的电磁暂态仿真软件是对整个仿真对象的电路进行在元器件，即电阻电感电容(RLC)和电子开关(IGBT和二极管等)，基础上的搭建，建立矩阵，并求解。因此，在对含有MMC的系统建模时，产生的矩阵巨大。同时仿真过程中电力电子开关变位需重新计算矩阵。从而导致巨大的计算量。所以传统的电磁暂态仿真软件及方法在对含有MMC的系统仿真时非常缓慢，只能用于离线仿真，无法实现实时或快速仿真。

而目前越来越多的MMC工程需要有实时仿真机能对系统实时仿真，以提供硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)的测试平台。

现有的MMC电路不能在保持MMC阀模型细节的同时降低计算量，MMC系统回路和MMC阀里的子模块在仿真中不能被平行解算，在开关变位时需要改变等效电路拓扑从而增加了重新解算系统矩阵的难度和频率。

发明内容

为克服现有技术中存在的电路不能在保持MMC阀模型细节的同时降低计算量，MMC系统回路和MMC阀里的子模块在仿真中不能被平行解算，在开关变位时需要改变等效电路拓扑从而增加了重新解算系统矩阵的难度和频率。本发明提供了以下技术方案。

首先，本发明提供了一种模块化多电平整流器MMC建模仿真方法和平台，所述建模方法的建模对象MMC包括至少一个桥式拓扑模块，其特征在于：所述拓扑模块是半桥结构，或者全桥结构，或者双钳位。

当所述模块拓扑是半桥结构时，所述多个半桥子模块串联构成一个MMC阀，一个或多个MMC阀和桥臂电感串联构成一组支路。所述支路中的第一组支路中两个半桥子模块的串联点外界交流侧。

所述MMC包含了由两组或两组以上并联连接的支路，从第一组支路起依次为第二组支路、第三组支路……第M组支路，第M组支路之前为第M-1组支路，第M组支路之后为直流侧。

对于不同的电力电子开关状态、电流方向，所述半桥子模块均可 等效于一个等效支路。

所述每一个半桥子模块由一个含二极管的双支路回路来等效，构成等效电路，每一支路含一个二极管和一个电压源，两条支路上二极管方向相反。

所述等效之路包含两个二极管d1和d2，电源v_fd、V_fk、电容电源Vc，开关k1和k2分别与d1和d2并联。当开关k1闭合k2断开时，交变电压为正向时，电流经d1、v_fd流向电源Vc；当开关k1闭合k2断开时，交变电压为负向时，电流经d2、电源Vc流向V_fk；当开关k1断开k2闭合时，交变电压为正向时，电流经d1流向V_fk；当开关k1断开k2闭合时，交变电压为负向时，电流从V_fd流向d2；当开关k1和k2均断开时，交变电压为正向时，电流从d1、V_fd流向电源Vc；当开关k1和k2均断开时，交变电压为负向时，电流从V_fd流向d2。

所述每一个半桥子模块由一个含二极管的双支路回路来等效，构成等效电路，所述等效电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2位与不同的支路且方向不同，其中二极管D1通过负极与第一电源V_sp串联，二极管D2通过正极与第二电源V_sn串联，如图4。