[发明专利]一种基于数值计算的MMC半桥型子模块仿真建模方法

说明书

本发明公开了一种基于数值计算模型的MMC半桥型子模块仿真方法，它包括步骤1、将子模块两个开关组的VT1、VD1和VT2、VD2分别等效为可变电阻R₁和R₂；可变电阻R₁和R₂串联后与电容C并联；步骤2、根据脉冲信号g₁、g₂计算可变电阻R₁和R₂的两个等效电阻值；步骤3、对电容C采用梯形积分法进行离散化，得到电容上的电压电流关系表达式；步骤4、将电容C等效为一个与差分方程历史项有关的受控电流源和等效电阻R_C；步骤5、建立电容电压电容电流及子模块输出电压表达式；步骤6、根据电容电压、电容电流及子模块输出电压表达式，在电磁暂态环境中建立半桥子模块的数值计算模型；使仿真效率得以提高，同时保证仿真的准确性。

技术领域

本发明涉及城市柔性配电网关键设备的建模仿真技术领域，具体地涉及一种基于数值计算的MMC子模块仿真建模方法。

背景技术

随着智能配电网的快速发展，基于模块化多电平换流器(modular multilevelconverter，MMC)的城市柔性配网架构日益趋于成熟，各种MMC子模块拓扑在配网中被广泛应用。同时，基于半桥型子模块(HBSM)的模块化多电平换流器因其同时具有输出波形质量高和工程实现成本低等显著优势而被大量应用于许多城市柔性配电网实际项目当中。

经典的三相MMC基本拓扑结构如图1所示，MMC的每一侧由A、B和C三相一共六个桥臂组成，每个桥臂所串联的子模块(SM)数目是相同的，并且各个子模块的结构相同。这种采用SM直接串联的结构化方式，使得其易于实现模块化设计和扩展到不同的电压等级，应用范围更加广泛。

由于目前对MMC及其系统的仿真，大都采用电磁暂态仿真环境中的内部元件库的电力电子器件搭建的详细模型，导致在仿真高电平大容量MMC时，一个仿真步长内要快速计算大量高阶节点导纳矩阵变得十分困难，因而使仿真的效率极低。针对MMC在包含的子模块规模较大的情况下，虽然有研究者提出对电路采用模型分割方法对MMC进行分割，但分割后的仿真效率仍然受限，同时容易造成仿真波形失稳问题。对电路模型的建模技术才是制约仿真效率的关键因素，所以有必要提出一种考虑建模技术的子模块仿真建模方法。而在电磁暂态环境中进行仿真本质上就是数值计算，这为子模块的建模提供了思路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对MMC目前的建模技术存在的以上问题，本发明提出了一种基于数值计算的MMC子模块仿真建模方法，该方法能使仿真效率得以提高，同时保证仿真的准确性。

本发明技术方案：

一种基于数值计算的MMC子模块仿真建模方法，子模块均由两个开关组以及一个直流储能电容C构成；每个开关组包括1个IGBT和1个反并联的二极管组成；其特征在于：所述仿真建模方法包括：

步骤1、将子模块两个开关组的VT1、VD1和VT2、VD2分别等效为可变电阻R₁和R₂；可变电阻R₁和R₂串联后与电容C并联；

步骤2、根据脉冲信号g₁、g₂计算可变电阻R₁和R₂的两个等效电阻值；

步骤3、对电容C采用梯形积分法进行离散化，得到电容上的电压电流关系表达式；

步骤4、将电容C等效为一个与差分方程历史项有关的受控电流源和等效电阻R_C；

步骤5、建立电容电压、电容电流及子模块输出电压表达式；

步骤6、根据电容电压、电容电流及子模块输出电压表达式，在电磁暂态环境中建立半桥子模块的数值计算模型。