[发明专利]一种基于半桥子模块电压源变流器的建模仿真方法

摘要

本发明涉及直流输电领域的仿真方法，具体涉及一种基于半桥子模块电压源变流器的建模仿真方法。该方法包括下述步骤（1）建立半桥子模块和子模块组的等效电路和数学模型，使等效电路模拟半桥子模块和半桥子模块组的三种工作状态；（2）对半桥子模块组的数学模型进行简化，并确定每个桥臂的等效电路和每个桥臂的工作状态。本发明提供的方法可以针对不同的研究内容选用不同的等效电路和数学模型；该等效电路和数学模型简单，容易实现，仿真精度高。

主权项

一种基于半桥子模块电压源变流器的建模仿真方法，所述电压源变流器由三相构成，每相由上下两桥臂构成，每个桥臂由半桥子模块级联组成，每个半桥子模块包括并联的IGBT模块支路和电容器支路，所述IGBT模块支路由串联的IGBT模块组成，每个IGBT模块由IGBT器件以及与其反并联的二极管组成；其特征在于，所述方法包括下述步骤：(1)建立半桥子模块和子模块组的等效电路和数学模型，使等效电路模拟半桥子模块和半桥子模块组的三种工作状态；每个半桥子模块组至少包括串联的2个半桥子模块；(2)对半桥子模块组的数学模型进行简化，并确定每个桥臂的等效电路和每个桥臂的工作状态；所述步骤(1)中，所述半桥子模块的等效电路包括电流引起的等效损耗电导r、两个二极管Dp和Dn、开关SW以及电压源Vo；所述二极管Dp和Dn串联后的支路与电压源Vo并联，所述开关SW与二极管Dp并联；所述电流引起的等效损耗电阻r的一端连接至二极管Dp和Dn的连接点；所述半桥子模块的数学模型如下：Vc=1C∫0tS×ic-Vc×gdt+Vc(0-)---<1>;]]>Vo＝S×Vc          <2>；其中：C为子模块中的电容；S是子模块的投切信号；g是电压引起的等效损耗电导；ic是电容的充放电电流；Vc(0‑)是子模块电容电压的初始值；Vc是子模块中的电容电压；Vo是子模块的输出电压；所述步骤(1)中，所述半桥子模块的三种工作状态包括：闭锁状态：开关SW打开，S＝1；i＞0时，电流流过Dp，子模块被充电，输出电压为Vc；i＜0时，电流流过Dn，输出电压为0；其中i是流过半桥子模块或半桥子模块组的电流；解闭锁状态：开关SW闭合；S＝1时，子模块被投入，电容被放电，输出电压为Vc；S＝0时，子模块被切除，电容不会被充放电，输出电压为0，即式<2>；半闭锁状态：开关SW打开，i＜0，电流流过Dn，输出电压为0；i＞0且S＝0时，输出电压为0，即式<2>，电容不会被充电；i＞0且S＝1时，输出电压为Vc，即式<2>，电容被充电；所述步骤(1)中，半桥子模块组的等效电路Ⅰ包括各子模块中电流引起的等效损耗电阻之和R、两个二极管Dp和Dn、开关SW以及电压源Vo1、Vo2……VoN；所述二极管Dp和Dn串联后的组成二级管支路；电压源Vo1、Vo2……VoN串联后组成电压源支路；所述二级管支路与电压源支路并联；所述开关SW与二极管Dp并联；所述各子模块中电流引起的等效损耗电阻之和R的一端连接至二极管Dp和Dn的连接点；所述半桥子模块组的等效电路Ⅰ的数学模型如下：Vcj=1C∫0tSj×ic-Vcj×gjdt+Vcj(0-)---<3>;]]>Voj＝Sj×Vcj         <4>；其中：Vcj，Voj，Sj，gj，Vcj(0‑)分别为第j个半桥子模块的电容电压，输出电压，投切信号，电压引起的等效损耗电导和电容电压初始值；半桥子模块组的三种工作状态与半桥子模块的三种工作状态相同。