[发明专利]二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术及柔性直流输电领域，尤其涉及一种二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法及系统。

背景技术

二极管箝位型级联多电平换流器具有直流故障自清除能力，且具有与半桥型级联多电平换流器相同的谐波含量低、扩展容易等优点，因此适用于远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程。

级联多电平换流器的每一个桥臂由大量需要独立控制的功率模块构成，在进行PSCAD/EMTDC(PSCAD，Power System Computer Aided Design，是EMTDC的用户图形界面；EMTDC，Electro Magnetic Transient in DC System，是一种电力系统仿真分析软件)磁暂态仿真建模时，需要准确模拟每一个功率模块的行为。常用的方法是借助PSCAD/EMTDC元件库提供的器件模型，详细建立级联多电平换流器的仿真模型。在功率模块数量较少时，该方法的仿真效率尚可接受，随着功率模块数量的增加，仿真效率将显著降低，当数量达到几百、甚至上千时，仿真效率将难以满足工程研发的需要。因此，为了提高仿真效率，逐渐发展出满足适应不同仿真场合的级联多电平换流器的高效仿真模型。但是，这些仿真模型大多针对半桥或者全桥型级联多电平换流器，尚无针对二极管箝位型级联多电平换流器的高效仿真模型，不能够满足远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程参数设计、控制策略验证等需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够模拟二极管箝位型级联多电平换流器的基于二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法及系统。

一种二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法，所述二极管箝位型级联多电平换流器包括不少于两个桥臂，每个桥臂包括由不少于两个功率模块级联组成的功率模块串及与所述功率模块串级联的桥臂电抗器；其中，每个所述功率模块包括第一开关管、第一二极管、第二开关管、第二二极管、第三开关管、第三二极管、第四二极管、第一电容器和第二电容器；所述第一开关管和所述第一二极管构成反并联结构；所述第二开关管和所述第二二极管、所述第三开关管和所述第三二极管分别构成反并联结构；所述第一二极管的阴极与所述第一电容器的正极连接，所述第一电容器的负极与所述第二电容器的正极相连，并与所述第四二极管的阴极连接；所述第四二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接，其连接点为所述功率模块的负输出端；所述第三二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连接，并与所述第二电容器的负极相连；所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接，其连接点为所述功率模块的正输出端；所述建模方法包括步骤：

将所述每个桥臂的所有第一二极管等效为一个第一辅助二极管，所述每个桥臂的所有第二二极管等效为一个第二辅助二极管，所述每个桥臂的所有第三二极管等效为一个第三辅助二极管，所述每个桥臂的所有第四二极管等效为一个第四辅助二极管；

将所述每个桥臂的所有第一电容器等效为一个第一受控电压源，所述每个桥臂的所有第二电容器等效为一个第二受控电压源；

将所述每个桥臂的所述功率模块串等效为一个等值模块，所述等值模块包括一个损耗电阻和一个与所述损耗电阻串联的复合等值模型，所述复合等值模型包括所述第一辅助二极管、所述第二辅助二极管、所述第三辅助二极管、所述第四辅助二极管、所述第一受控电压源及所述第二受控电压源。

上述二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法，由于将所针对的二极管箝位型级联多电平换流器的每个桥臂的各功率模块中相同位置的多个元器件等效为一个元器件，可以降低二极管箝位型级联多电平换流器在PSCAD/EMTDC软件中仿真时的节点电压方程阶数，提高仿真效率，且仿真效率不会随着功率模块数量的增加而降低。通过该建模方法进行的建模能够满足远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程参数设计、控制策略验证等需求。