[发明专利]基于桥臂等值电容的模块化多电平换流器高效建模方法

权利要求书

1.一种基于桥臂等值电容的模块化多电平换流器高效建模方法，其特征是，首先基于能量守恒定律将各桥臂所有级联子模块等效成一个电容器，然后基于梯形积分法建立各桥臂等效电容的离散化模型，最后基于模块化多电平换流器拓扑结构，对各桥臂等效模型进行电气连接，并根据换流器站级控制系统发出的调制信号对各桥臂等效模型进行控制，实现模块化多电平换流器的高效建模仿真；其中：

换流器由6个桥臂构成，每个桥臂连接有若干子模块，子模块由绝缘栅型晶体管T₁、T₂、二极管D₁、D₂、分布电容C₀构成，T₁、T₂串接后并接C₀，D₁、D₂分别对应接在T₁、T₂发射极、源极之间，且二极管正极均接发射极；换流器工作时通过控制T₁、T₂来进行子模块的投切，T₁＝1，T₂＝0时子模块为投入状态，T₁＝0，T₂＝1时子模块为切除状态，当子模块轮换投切的频率较高时，各子模块电容电压之间的差值较小，将桥臂中的所有子模块等效成一个集中电容，包括如下步骤：

步骤A：模块化多电平换流器桥臂等效电容值计算，计算方法为：

式中，x为桥臂投入的子模块个数，N为桥臂子模块总数，C₀为子模块电容值，C_eq为桥臂子模块等效电容值；

投入子模块数量发生变化时，桥臂等效电容值变化，为保证能量守恒，需对变化后的等效电容赋予初始电压，其计算方法为：

式中，t为投入子模块数量发生变化的前一时刻，Δt为仿真步长，x_t为t时刻投入子模块数量，u_t为t时刻桥臂等效电容两端电压，x_t+Δt为t+Δt时刻投入子模块数量，u_t+Δt为t+Δt时刻桥臂等效电容两端电压；

步骤B：桥臂等效电容离散化建模

根据梯形积分法，将桥臂电容进一步等效为一个可变电阻R_eq和受控电压源V_eq串联，为满足换流器的故障时闭锁功能，在此基础上串联一个可控开关K和二极管D的并联电路，其中上桥臂二极管接法为共阴极，下桥臂二极管接法为共阳极，设tt₁时桥臂等值电容为C₁，t₁时刻桥臂等值电容为C₂，其两端初始电压为U₀，初始电流为0，考虑到换流器故障时闭锁情况，该可变电阻、受控电压源、开关K控制方法如下：

换流器正常运行时，K闭合，

子模块闭锁时，K断开，

R_eq＝N×R_D

V_eq(t-Δt)＝0

步骤C：模块化多电平换流器整体建模

换流器稳态运行时，根据相应的稳态控制策略，由站级控制系统输出调制波，进一步根据调制波波形计算各桥臂需要投入的子模块数量，并输入到寄存器中，同时桥臂电压、电流测量模块实时采集桥臂等效电容两端电压及电流并输入到寄存器中，根据各桥臂电压及投入子模块数量，计算得到各桥臂等效电容值及其初始电压，并进一步计算得到各桥臂可变电阻及受控电压源，实现对换流器稳态运行的控制；当严重故障导致换流器桥臂电流上升并达到闭锁条件时，由闭锁模块发出闭锁命令，控制各桥臂可变电阻及受控电压源，同时断开开关K，实现换流器故障时闭锁功能。