[发明专利]构网型模块化多电平换流器孤岛运行时域分析方法

说明书

本发明公开了构网型模块化多电平换流器孤岛运行时域分析方法，包括以下步骤：孤岛运行时MMGC拓扑的交流和直流等效电路构建；考虑耦合关系的MMGC时域稳态分析模型构建；LC滤波器对子模块电容电压影响的研究。本发明所建立的时域分析方法在各种工况下具有较高的精度，可替代耗时的EMT仿真；可以直接获得电气量各谐波分量的幅值和相角，非常便于性能评估和谐波分析；基于该时域分析方法，得出子模块电容与滤波电容高度相关，与滤波电感几乎不相关，以及滤波电容的选择要考虑负载特性的结论，可用于电路参数设计。

技术领域

本发明属于电力换流器模型建立与参数设计技术领域，具体涉及构网型模块化多电平换流器孤岛运行时域分析方法。

背景技术

构网型模块化多电平换流器(MMGC)在学术和工业领域都获得了越来越多的关注。与传统的跟网型换流器(Grid-Following)相比，构网型换流器(Grid-Forming)能够根据控制对象调节其电压和频率。随着构网控制技术的发展，其应用范围从低压场景扩展到中高压场景。模块化多电平换流器(MMC)具有出色的谐波性能，更少的开关损耗，以及不需要半导体器件直接串联等优势，使得MMGC成为中高压场景的可行解决方案。

然而，关于MMGC的现有研究很少。虽然MMGC的稳态特性可以通过电磁暂态(EMT)仿真获得，或者参考传统MMC来了解，但它们有以下缺点：因为模块化多级拓扑通常包含大量开关器件，并具有复杂的控制系统，使得EMT仿真非常耗时且无法覆盖所有工况；对于MMGC，其交流侧通常安装一组LC滤波器以提高输出电压性能，但是这些LC滤波器可能会在转换器的内部电气量中引入耦合问题，而传统MMC没有这些LC滤波器，因此从现有研究中无法知道它们对MMGC工作点的影响；MMGC的控制对象和连接的负载与传统的MMC不同，因此，对于MMGC来说，现有研究不能满足其性能评估、电路参数设计、半导体器件选型等要求。

综上所述，MMGC用途广泛，但是现有研究存在EMT仿真非常耗时，交流侧的LC滤波器会在换流器的内部电气量中引入耦合，无法知道其对换流器工作点的影响等问题，因此亟需建立一种针对MMGC的时域稳态分析方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种构网型模块化多电平换流器孤岛运行时域分析方法，能够充分反映负载、MMGC和直流侧系统之间的耦合关系，满足MMGC性能评估、谐波分析和电路参数设计等要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，

构网型模块化多电平换流器孤岛运行时域分析方法，能够充分满足MMGC性能评估、谐波分析和电路参数设计要求，其特征在于：考虑无源网络、MMGC和直流侧系统的耦合以及MMGC内部各电气量的耦合关系，建立时域稳态分析模型；该模型能够直接获得各个电气量的幅值和相角，便于性能评估和谐波分析；基于建立的时域稳态分析模型，为MMGC电路参数设计提供了依据；

构网型模块化多电平换流器孤岛运行时域分析方法具体按以下步骤实施：

第一步、孤岛运行时MMGC拓扑的交流和直流等效电路构建；

第二步、考虑耦合关系的MMGC时域稳态分析模型构建；

第三步、LC滤波器对子模块电容电压影响的研究。

所述第一步孤岛运行时MMGC的交流和直流等效电路构建具体按以下步骤实施：

1)对于A相，滤波电感的电流i_Lf,a(t)为：

i_Lf,a(t)＝i_s,a(t)+i_Cf,a(t) (1)

其中，i_Cf,a(t)是滤波电容的电流，i_s,a(t)是输出到无源网络的相电流；