[发明专利]一种高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法

说明书

本发明公开了一种高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法，涉及电力电子技术领域。本发明首先对功率模块进行简化建模和化简，将四个电力电子开关等效为四个可变电阻，把直流电容电压分解为一个历史电压源和一个等效电阻，采用控制系统产生调制波信号，调制波信号与载波信号比较以生成每一个功率模块的4路PWM脉冲，4路脉冲电平的高低决定了电力电子开关所等效的可变电阻的阻值，高电平时对应导通电阻，低电平时对应关断电阻，通过编程并仿真，计算得到功率模块和换流链的主要电气量。本发明在实现较低误差的前提下，使仿真执行时间缩短了80％左右，大大提升了软件仿真的速度，有效提高了高压静止同步补偿器的仿真效率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法。

背景技术

高压静止同步补偿器一般采用首尾相连的三条换流链连接，电路图如图1所示,换流链是由功率模块组成，电路图如图2所示。高压链式静止同步补偿器是控制每一个功率模块的逆变电压以便调节换流链电压，并利用换流链电压和电力系统电压之间的差值，来调节无功电流的大小和方向。换流链的模块数会随着电压和容量的提高而增加，10kV高压静止同步补偿器每条链10-12个功率模块，而35kV等级下每条换流链的功率模块数都不少于40个，未来随着电压等级的提高功率模块数会进一步增加。

高压静止同步补偿器在投运前必须进行离线仿真以验证算法和设计的正确性。模块数的增多伴随着建模与分析难度的增大，离线仿真软件如Simulink或者PSCAD，一般是对连续模型进行离散化并迭代，该过程需要进行大量的求逆和递推运算，在仿真大规模系统时，速度会非常缓慢。速度缓慢的原因之一是高压链式静止同步补偿器是一种级联多电平变流器并含有数百个功率模块，仿真中网络导纳矩阵节点数与求解复杂度成正比；速度缓慢的原因之二是高压链式静止同步补偿器的控制方式复杂，并且控制信号必须经过调制，才能输出电力电子器件驱动需要的PWM脉冲信号，所以就需要一种高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法，用以解决现有技术中存在的问题。

一种高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法，高压链式静止同步补偿器采用三条换流链分别连接在电源的三相，每条换流链是由功率模块组成，对高压链式静止同步补偿器的仿真提速建模方法具体包括如下步骤：

(1)、对功率模块进行简化建模

每个功率模块包括四个IGBT和二极管的并联结构以及一个电容，四个并联结构中第一和第三并联机构串联、第二和第四并联结构串联，形成两个串联线路，两个串联线路并联，电容两端分别连接在两个串联线路中并联结构的连接点，其中电容的电压表示为

其中，i_c为电容电流，C₀为功率模块容值，ΔT为仿真步长，R_c为电容的等效电阻值，且u_ceq(t-ΔT)为电容的历史电压源，且

(2)、对功率模块进行化简

将四个并联结构分别等效为四个可变电阻R₁、R₂、R₃和R₄，将电容电压u_c等效为一个历史电压源u_ceq(t-Δt)和一个等效电阻R_c的串联；

根据节点电压法得功率模块的电压

u_sm(t)＝R_{sm_eq}i_sm(t)+R_Ku_ceq(t-ΔT)                     (2)

其中，