[发明专利]一种多端口MMC的递归式电磁暂态等效建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多端口MMC的递归式电磁暂态等效建模方法，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

目前应用范围最广的半桥型MMC在发生直流侧短路故障闭锁后，依然可以通过反并联二极管向直流短路点馈入电流，无法清除直流故障。此外，当电平数较高时，半桥型MMC的电容电压排序即使采用质因子分解法、希尔排序法等低排序复杂度的方法，依然需要较大数量的排序运算。针对这一问题，在并联IGBT开关组型全桥子模块（full-bridge sub-module，FBSM）的基础上，一种开关分列运行的并联全桥子模块（paralleled full bridge sub-module，P-FBSM）拓扑被提出了，该拓扑通过多端口能够实现相邻子模块之间的并联均压，且能够有效的箝位直流故障。在电磁暂态仿真中，并联全桥子模块MMC（paralleled full bridge sub-module MMC，PFB-MMC）电平数越高，非线性换流器模型导纳矩阵阶数也将越高。这将使得PFB-MMC详细的电磁暂态仿真中对非线性换流器模型的导纳矩阵求逆的计算量很大，导致较高电平数PFB-MMC详细的电磁暂态仿真速度极其缓慢，无法满足科研需求。

目前国内外已有的关于MMC的电磁暂态等效模型主要是针对单端口（两端子）子模块拓扑，例如半桥、全桥、双箝位型子模块等，它们都基于MMC桥臂中全部子模块流过相同的桥臂电流这一前提。戴维南等效模型将开关器件用一双值可变电阻替换，同时将子模块电容离散化，之后求解单个子模块的戴维南等效电路，进而得到单个桥臂的戴维南等效电路，从而完成导纳矩阵的降阶，成功实现了MMC电磁暂态仿真高精度与高效率并重。但是P-FBSM是拥有四个端子的子模块，无法求解其戴维南等效电路，因此戴维南等效模型不适用。

本发明提出了一种多端口MMC的递归式电磁暂态等效建模方法，该模型通过循环迭代的方法将PFB-MMC单个桥臂内全部的并联全桥子模块的内部节点等效消去，将整个桥臂等效为只剩外部节点的等效电路，极大地降低了PFB-MMC对应的导纳矩阵阶数，从而能够在确保高仿真精度的同时，极大地提高其电磁暂态仿真速度。

发明内容

本发明提供一种多端口MMC的递归式电磁暂态等效建模方法，该建模方法包括以下步骤：

步骤1：将多端口MMC单个桥臂全部子模块各自的IGBT及其反并联二极管分别用一可变电导G等效代替。同时采用后退欧拉法将各多端口子模块电容C离散化为一个电导与一个历史电流源并联，得到多端口MMC单个桥臂各子模块的伴随电路。由各多端口子模块的伴随电路分别列写对应的节点电压方程，之后采用循环迭代的方法，结合矩阵运算消去多端口MMC桥臂中全部子模块的内部节点和模块间的互联节点，将整个桥臂等效成仅含外部节点的等效电路。

步骤2：将多端口MMC桥臂等效模型加入到整个多端口MMC仿真电路网络的导纳矩阵中，之后由仿真软件的电磁暂态解算器对整个电路网络进行求解，得到整个电路网络全部节点的节点电压值，包括多端口MMC桥臂等效模型外部节点的节点电压。

步骤3：由求得的多端口MMC桥臂等效模型外部节点的节点电压值，采用循环迭代法反解多端口MMC桥臂全部子模块内部节点和模块间互联节点的节点电压、电流值，完成多端口MMC每个桥臂内全部子模块电容电压的更新。

附图说明

图1为P-FBSM拓扑结构及其伴随电路示意图。

图2为PFB-MMC拓扑结构示意图。

图3为多端口子模块伴随电路示意图。

具体实施方式

本发明提供一种多端口MMC的递归式电磁暂态等效建模方法；下面将以并联全桥子模块MMC（paralleled full bridge sub-module MMC，PFB-MMC）为例，结合附图对本发明的建模步骤做进一步详细的说明。