[发明专利]一种适用于实时仿真的模块化多电平换流器桥臂简化方法

说明书

本发明涉及一种适用于实时仿真的模块化多电平换流器桥臂简化方法(An Arm Simplification Method of Modular Multilevel Converter for Real‑Time Simulation)，属于输配电技术领域。该方法由六个步骤构成，根据MMC三相六桥臂电气量正序、负序、零序的表达式与瞬时功率波动和子模块电容电压波动表达式，并提出一种适用于实时仿真的MMC桥臂简化方法。本发明提出的桥臂简化方法，可以在保证仿真精度的同时，极大的提高仿真效率，适用于MMC稳态工况下的实时仿真。

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种适用于实时仿真的模块化多电平换流器桥臂简化方法。

背景技术

作为电压源换流器(VSC-HVDC)的一种，模块化多电平换流器(Modularmultilevel converter,MMC)因其易于实现模块化，便于扩容及冗余配置；开关频率低，损耗小；谐波含量少；易于构建直流电网等优点，受到了国内外学者的广泛关注。可以预见的是，MMC-HVDC将在未来得到更为广泛的应用。

在实际工程中，模块化多电平换流器型高压直流输电系统(Modular multilevelconverter based high voltage direct current，MMC-HVDC)为了获得更高的电压等级，通常采用大量子模块(sub-module)级联的方式构成。当前柔性直流输电工程正朝着高电平、大容量、多端的方向快速发展。当电平数较高时，由大量电力电子器件构成的MMC在进行电磁暂态仿真时，都将面临仿真速度难以满足研究需求的问题。

针对各种应用场景：如基于CPU(central processing unit)的仿真模型由于采用数据的串行处理方式，同时受到通讯能力的限制，难以满足MMC桥臂的实时仿真要求。而基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的仿真模型可实现高度并行的数值计算和高速的数据通讯，可以满足MMC桥臂实时仿真的要求。同时，为了提高MMC电磁暂态仿真效率，可通过对MMC桥臂不同程度的简化来降低仿真复杂度。因此，在保证效率和精度的同时，提出一种适用于实时仿真的模块化多电平换流器桥臂简化方法对MMC实时仿真的开展具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种适用于实时仿真的模块化多电平换流器桥臂简化方法。为了便于说明该方法，本发明以由HBSM(half bridge sub-module, HBSM)组成的MMC为例进行说明。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：在三相六桥臂MMC中，利用电路分析，得到基频正序、二倍频负序、三倍频零序，从而将频次和序分量联系起来。

步骤2：先分析MMC三相上/下桥臂之间的关系，得到其三相之间的电气量正序、负序、零序的表达式。

步骤3：随后分析a/b/c相上下桥臂之间的电气量的关系，得到上、下桥臂的电气量的正序、负序、零序的表达式。

步骤4：推导MMC三相六桥臂桥臂电压电流的表达式。

步骤5：推导三相六桥臂桥臂瞬时功率波动和子模块电容电压波动表达式。

步骤6：根据三相六桥臂电气量之间的联系，提出一种适用于实时仿真的模块化多电平换流器桥臂简化方法。

通过以上6个步骤，本发明能够简化MMC六个桥臂计算的复杂度，可以应用到MMC系统级稳态的实时仿真之中。

附图说明

图1是本发明提供的MMC拓扑结构图；

图2是本发明示例的半桥子模块详细拓扑结构图。

图3为本发明中MMC实时仿真过程。