[发明专利]基于MMC的直流输电仿真系统及仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体地说，是涉及一种基于MMC的直流输电仿真系统及仿真方法。

背景技术

MMC(ModularMultilevelConverter，模块化多电平换流器)是电压源型换流器的一种比较新颖的拓扑类型，由多个级联的子模块（Sub-Module,SM）组成，这些子模块可以是半桥子模块或者全桥子模块。MMC以其便于模块化设计、制造升级灵活、维护方便等优点而成为先进的电力电子变换器，被广泛应用于柔性直流输电系统中。近年来，随着更加新颖的MMC拓扑结构的出现以及其控制方式的不断发展，MMC的电压等级以及功率输送能力得到了很大的提升，这使得大功率的柔性高压直流输电成为了未来发展的趋势。

采用MMC有很多优点：避免了桥臂器件的直接串联，因此就降低了换流器的技术难度；输出电压谐波低，在电平数较高的情况下，不需要滤波器滤波，降低了电路的成本等。当然，这种拓扑结构也是有它的技术难点的。因为每个子模块都有一个电容，而电容的电压是随时波动的，因此需要加入均压控制器来控制每个子模块的电容电压。除此之外，由于每个子模块的控制信号不相同，因此需要对每个子模块一一控制，这就使控制系统变得比较复杂。

目前，对基于MMC的电力系统仿真方法大都是采用matlab等仿真软件来进行，主要方法有两类，如下：

第一类是采用简化模型建模并仿真。这种仿真方法虽然仿真速度快，但是仿真结果精度较低，尤其当系统中MMC电平数较多时，这些小误差就会累加而导致最终的仿真结果错误。

第二类是采用详细模型建模并仿真。这种建模方法在MMC电平数较低时，仿真精度较高。但是，当电平数升高时，每个桥臂串联的子模块数急剧增加，由于MMC系统需要进行大量的IGBT开通、关断等计算，这使得整个仿真系统的计算量非常大，采用仿真软件进行仿真时，由于软件处理速度慢，不仅难以满足仿真实时性的要求，甚至无法仿真。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MMC的直流输电仿真系统及仿真方法，通过在FPGA中建立单个MMC子模块、利用分时复用技术对直流输电系统进行仿真，提高了仿真的快速性和实时性。

为实现上述发明目的，本发明提供的基于MMC的直流输电仿真系统采用下述技术方案予以实现：

一种基于MMC的直流输电仿真系统，所述系统包括：

外部控制器，用于输出多路触发信号及接收反馈信号；

MMC主电路模块，用于提供MMC子模块运行的输出电流；

多路触发信号分时选择单元，用于根据同步时钟及系统的电平数确定的分时段对所述外部控制器输出的多路触发信号进行分时选择并输出；

单个MMC子模块，与所述MMC主电路模块及所述多路触发信号分时选择单元连接，根据所述同步时钟、所述MMC主电路模块的输出电流及所述多路触发信号分时选择单元输出的触发信号运行,输出结果信号；

多路结果信号合并输出单元，用于根据所述同步时钟将所述单个MMC子模块输出的结果信号合并成所述反馈信号，并输出至所述外部控制器；

所述MMC主电路模块、所述多路触发信号分时选择单元、所述单个MMC子模块及所述多路结果信号合并输出单元均在FPGA中建立。

如上所述的仿真系统，所述多路触发信号分时选择单元及所述多路结果信号合并输出单元均通过光纤与所述外部控制器连接，从而组成硬件在环仿真系统。

为实现前述发明目的，本发明提供的基于MMC的直流输电仿真系统的仿真方法采用下述技术方案来实现：

一种上述基于MMC的直流输电仿真系统的仿真方法，包括多个仿真周期的仿真过程，每个仿真周期的仿真过程具体为：

外部控制器向单个MMC子模块发出一个仿真周期的多路触发信号，传输至多路触发信号分时选择单元；

多路触发信号分时选择单元在同步时钟的控制下，每一分时段选择所述多路触发信号中相应的两路触发信号输出至所述单个MMC子模块；所述分时段根据所述同步时钟及系统的电平数确定；

所述单个MMC子模块在所述同步时钟的控制下，根据所述多路触发信号分时选择单元输出的触发信号及MMC主电路模块的输出电流运行，并输出结果信号至多路结果信号合并输出单元；

所述多路结果信号合并输出单元存储每一分时段所述单个MMC子模块输出的结果信号，并在接收完一个仿真周期内的所有结果信号后，在所述同步时钟的控制下，将一个仿真周期内的所有结果信号合并为一个仿真周期的反馈信号，并将所述反馈信号输出至所述外部控制器；