[发明专利]一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统

说明书

本申请公开了一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统，方法包括：针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，子模块组由N个子模块串联得到，N为大于1的正整数；将每个MMC桥臂中子模块组对应的电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；根据预置基尔霍夫定律对诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；根据系统级电气量更新电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。本申请解决了现有仿真过程节点较多，且存在较大运算开销，导致仿真困难以及仿真效率较低的技术问题。

技术领域

本申请涉及电磁暂态分析技术领域，尤其涉及一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统。

背景技术

模块化多电平变流器(Multi-modular Converter，MMC)具有输出电能质量高、无换相失败、器件开关频率比一般变流器更低等优点，被现代电力系统广泛采用。但由于MMC子模块数量多，包含大量电力电子器件的高频开关过程，需要较小的仿真步长(50μs及以下)，其暂态仿真非常困难。机电暂态仿真由于建模问题，仿真频段较低，无法反映MMC种的功率器件开关过程以及各种高频动态；传统电磁离线暂态仿真基于隐式梯形积分法的电磁暂态仿真方法，被认为是目前反映大规模交流系统动态过程最准确的仿真工具，但在仿真MMC时，由于节点数过多且步长很小，效率极其低下。电磁暂态实时仿真方面，传统方法基于由模拟电路构成的暂态分析仪实现，可扩扩展性、可维护性和开发难度较大；而电磁暂态全数字实时仿真，由于采用DSP作为运算核心，具有大量浮点数和串并行运算的通信开销，极大降低了建模仿真效率。

发明内容

本申请提供了一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统，用于解决现有仿真过程节点较多，且存在较大运算开销，导致仿真困难以及仿真效率较低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种MMC的电磁暂态仿真方法，包括：

针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据所述戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，所述子模块组由N个所述子模块串联得到，所述N为大于1的正整数；

将每个MMC桥臂中所述子模块组对应的所述电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；

根据预置基尔霍夫定律对所述诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，所述系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；

根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。

可选的，所述戴维南等值电路采用第一公式表示为：

其中，u_k(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，u_ck(t)为t时刻子模块电容电压，S_k(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，R_c为电容等效电阻，U_k(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，S_k(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，u_ck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压。

可选的，所述诺顿等效电路采用第二公式表示为：

其中，G为等效电导，J_h(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，L_arm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。