[发明专利]一种适用于半、全桥子模块混合型MMC戴维南等效模型的线性均压排序算法

说明书

本发明涉及一种适用于半、全桥子模块混合型MMC戴维南等效模型的线性均压排序算法。目前在仿真半、全桥子模块混合型MMC时，广泛采用传统的基于梯形积分法的戴维南等效模型，该方法对于均压排序算法并未做出改进。本发明的核心技术方案是：1、采用后退欧拉法离散化子模块电容，对单个仿真步长内半桥和全桥子模块电容电压更新过程的规律进行理论分析；2、基于此规律提出一种最大时间复杂度为2N‑3的线性排序算法，根据t时刻各子模块的投切状态，若桥臂输出正电平，分别将半桥和全桥子模块各分为两组，共4组进行排序；若桥臂输出负电平，仅对全桥子模块分两组进行排序。该排序算法能有效降低传统戴维南等效模型排序算法的计算量，大幅提高仿真速度。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种适用于半、全桥子模块混合型MMC戴维南等效模型的线性排序均压算法。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)已经在国内外各大柔性直流输电工程中得到了广泛应用，随着MMC电平数不断增加，非线性换流器模型的导纳矩阵阶数也将不断增加，这将使得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，导致高电平数MMC详细的电磁暂态仿真速度极其缓慢。为此，加拿大曼尼托巴大学的Gole院士研究团队提出了一种梯形法MMC等效模型，通过将开关器件用一双值可变电阻替换且关断电阻为一实际值，同时使用梯形积分法离散化子模块电容，并求出单个桥臂的戴维南等效电路，从而实现导纳矩阵的降阶，开创了MMC高精度与高效率并重的建模研究新领域。该模型具有极高的仿真精度，但是其使用梯形积分法离散化子模块电容，在电容电压更新时的计算复杂度仍较高，且该模型仅针对了半桥子模块进行了验证，并未涉及半全混合型MMC的整体建模，且其也未涉及排序均压算法的改进优化，并没有一种适用于针对半、全桥子模块混合型MMC整体的高效的均压排序算法，排序算法依然为非线性复杂度，在仿真由大量超高电平半、全桥子模块混合型MMC构成的多端直流电网时，计算效率依然较低，随着换流器电平数、端数的增加，仿真用时将明显增加。

目前MMC子模块电容电压排序算法主要有冒泡法、质因子分解法、希尔排序法等方法，上述均压排序算法，计算复杂度大都为O(N²)。其中希尔排序算法均压效果与冒泡法严格等效，其平均时间复杂度为O(Nlog₂N)，依然存在改善的空间。基于修正优化归并排序虽然时间复杂度能降为线性，但均压效果无法做到与冒泡法严格等效，一致性要差于冒泡法。

本发明通过对后退欧拉法半、全桥子模块混合型MMC戴维南等效模型在单个仿真步长内的半桥和全桥子模块电容电压更新过程进行理论分析和公式推导，找出子模块电容电压更新过程的规律，基于此规律提出了一种排序效果与冒泡法严格等效且最大时间复杂度仅为2N-3的线性排序均压算法，能有效减少子模块电容电压的排序运算量，极大地提高电磁暂态仿真速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于半、全桥子模块混合型MMC戴维南等效模型的线性排序均压算法，其核心技术内容包括两部分：