[发明专利]一种全桥结构模块化多电平换流器桥臂等效电路

权利要求书

1.一种全桥结构模块化多电平换流器桥臂等效电路，其特征在于，所述的桥臂等效电路包括四只二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)，二个电压源(S₁、S₂)，桥臂电抗(X₁)，以及桥臂上下端接线端子(A₊、A_-)；其中，第一二极管(D₁)的阳极与第二二极管(D₂)的阴极相连接，连接点为桥臂上端正接线端子(A₊)；第一二极管(D₁)的阴极与第三二极管(D₃)的阴极及第一电压源(S₁)的一端相连接，第二二极管(D₂)的阳极与第四二极管(D₄)的阳极及第一电压源(S₁)的另一端相连接；第三二极管(D₃)的阳极与第四二极管(D₄)阴极及第二电压源(S₂)的一端相连接；桥臂电抗(X₁)的一端与第二电压源(S₂)的另一端相连接，桥臂电抗(X₁)的另一端为桥臂下端负接线端子(A_-)；所述桥臂等效电路中，第一电压源(S₁)的电压为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压之和，第二电压源(S₂)的电压为桥臂中所有受控全桥功率模块输出电压之和；

所述桥臂等效电路能够描述桥臂中既包含不控全桥功率模块又包含受控全桥功率模块的电磁暂态过程，实现全桥结构模块化多电平换流器在不控状态、受控状态以及少数全桥功率模块发生故障状态工况下的仿真；

所述的全桥结构模块化多电平换流器桥臂中所有不控全桥功率模块由四只二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)和第一电压源(S₁)表示，模拟桥臂中所有不控全桥功率模块的电磁暂态过程；当全桥结构模块化多电平换流器桥臂中没有受控全桥功率模块时，所述的桥臂等效电路实现桥臂在不控工况下的电磁暂态仿真；

所述的等效电路模拟的桥臂中所有不控全桥功率模块的电磁暂态过程如下：

所述的全桥结构模块化多电平换流器中，第一电压源的电压U_S1为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压U_C1，U_C2，...，U_CM之和，假设桥臂有M个不控全桥功率模块，M≥1且为整数，

U_S1＝U_C1+U_C2+...+U_CM

每个全桥功率模块电容的电压U_C经下式计算得出：

U_C(k+1)＝U_C(k)+|i_a|T_sC_f

其中，U_C(k)为第k拍的每个全桥功率模块的模块电容电压计算值，U_C(k+1)为第k+1拍的每个全桥功率模块的模块电容电压计算值，i_a为桥臂电流，C_f为每个全桥功率模块电容值，T_s为计算步长；

所述的全桥结构模块化多电平换流器桥臂中所有受控全桥功率模块的电磁暂态过程由第二电压源(S₂)表示；当全桥结构模块化多电平换流器桥臂中没有不控模块时，所述的桥臂等效电路实现桥臂在受控工况下的电磁暂态仿真；

所述的桥臂等效电路模拟桥臂中所有受控全桥功率模块的电磁暂态过程如下：

所述的第二电压源的电压U_S2为桥臂中所有受控全桥功率模块输出电压U_CO1，U_CO2，...，U_COP之和，假设桥臂具有P个受控全桥功率模块，P≥1且为整数：

U_S2＝U_CO1+U_CO2+...+U_COP

每个全桥功率模块的输出电压U_CO由每个全桥功率的模块电容电压U_C及第一开关器件(K₁)、第二开关器件(K₂)、第三开关器件(K₃)和第四开关器件(K₄)的开关状态决定，具体如下：

当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，全桥功率模块输出电压为U_C；当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为开通状态，全桥功率模块输出电压为-U_C；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，全桥功率模块输出电压为0；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为开通状态，全桥功率模块输出电压为0。

2.如权利要求1所述的全桥结构模块化多电平换流器桥臂等效电路，其特征在于所述的全桥功率模块的电容电压U_C经下式计算得出：

U_C(k+1)＝U_C(k)+f_x(i_a)T_sC_f

其中，U_C(k)为每个全桥功率模块的电容电压第k拍计算值，U_C(k+1)为每个全桥功率模块的电容电压第k+1拍计算值，i_a为桥臂电流，C_f为每个全桥功率模块的电容值，T_s为计算步长，f_x为电容电流计算方法；

所述的电容电流计算方法f_x为，当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，全桥功率模块的电容电流为i_a；当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为开通状态，每个全桥功率模块的电容电流为-i_a；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，全桥功率模块的电容电流为0；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为开通状态，全桥功率模块的电容电流为0。