[发明专利]一种混合子模块MMC等效仿真方法

说明书

本申请公开一种混合子模块MMC等效仿真方法，包括以下步骤：获取MMC桥臂的结构参数，包括每个桥臂中的半桥子模块个数N和全桥子模块个数M，半桥子模块电容C_H和全桥子模块电容C_F，子模块均压电阻R_b；获取MMC桥臂的运行状态，包括桥臂电流和每个子模块内各IGBT管的开关状态；根据MMC桥臂的结构参数和运行状态，计算并构建桥臂的等效仿真电路。本发明的仿真方法，所搭建的混合子模块MMC模型在桥臂正常运行与闭锁状态下均能有很高的仿真精度。且该仿真方法下仍可以输出任一一个子模块的瞬时电容电压与电流，其特性与真实模型基本相同。

技术领域

本申请属于电力电子系统技术领域，具体涉及一种混合子模块MMC等效仿真方法。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)由多个结构相同的子模块(Sub-module，SM)级联构成。MMC已经展现出极其重要的工程应用前景，MMC的高效建模方法是开展一系列理论性和工程性问题研究的基础。高电压、容量、超大规模MMC高效建模受限于建模方法、数学理论、等效实验方法和计算机硬件等众多限制，严重制约着相关领域的快速发展，建立MMC的数学和仿真模型能反映换流器的一般运行规律，对研究柔性直流输电系统运行特性、主电路参数的选取以及控制保护系统的设计具有重要的指导作用，MMC系统的仿真分析，较之现场试验具有良好的可控性、无破坏性和经济性，对验证控制系统的有效性及进行工程方案的比较等方面发挥着重要作用，为工程调试奠定了基础。

基于模块化多电平换流器MMC的高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)技术正受到越来越多的关注。和其他电压源型换流器拓扑相比，模块化多电平换流器具有显著优势，由于采用基本运行单元级联的形式，该拓扑避免了大量开关器件直接串联，不存在一致触发等问题。该拓扑可在保证经济性的同时输出高品质电压波形，因此近年来被迅速应用到新能源并网、海上风电送出等场合。

采用架空线输电线路的MMC-HVDC面临的主要问题是如何处理直流线路接地故障，现有技术中可行的直流故障处理方案主要分为2种，一种为替换半桥子模块，采用具有直流故障自清除能力的子模块，如全桥子模块、钳位双子模块或其他变型子模块；以全桥子模块为例，与相同容量和电压等级的半桥子模块MMC相比，全桥MMC使用的电力电子器件个数几乎为其两倍，不仅增加投资成本，而且引入了更多的运行损耗。另一种仍采用半桥子模块，但在直流线路上引入直流断路器来处理直流故障。

发明内容

本申请提供了一种混合子模块MMC等效仿真方法，其中MMC为三相六臂结构，包括三个相单元，每个相单元包含上下两个桥臂，每个桥臂由N个半桥子模块M个全桥子模块级联组成，桥臂等效电路一共包括三个等效电阻R_eq1～R_eq3，三个等效电压源U_eq1～U_eq3，六个等效二极管D₁～D₆。

所述仿真方法包括以下步骤：

步骤一：获取MMC桥臂的结构参数，包括每个桥臂中的半桥子模块个数N和全桥子模块个数M，半桥子模块电容C_H和全桥子模块电容C_F，子模块均压电阻R_b。

步骤二：获取MMC桥臂的运行状态，包括桥臂电流和每个子模块内各IGBT管的开关状态。

步骤三:根据MMC桥臂的结构参数和运行状态，计算并构建桥臂的等效仿真电路。

优选的，所述MMC桥臂等效电路能够模拟受控状态下的桥臂特性和闭锁状态下的桥臂特性。

当桥臂处于受控状态下时，各等效电阻和等效电压源计算方式为：