[发明专利]一种基于MMC高效电磁暂态桥臂等效模型的仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于MMC高效电磁暂态桥臂等效模型的仿真方法，其提出的桥臂等效模型AEM可以准确表示桥臂电流和子模块电容电压的动态变化，并且在不损失准确性的情况下具有更高的计算效率，AEM可以在桥臂不同模式下准确地表现出动态响应，同时对子模块中的IGBT及其反并联二极管的导通和截止状态进行精确表示。本发明AEM的仿真速度与MMC‑HVDC中子模块个数无关，实施简单，适用于大规模MMC‑HVDC电网的仿真计算，在工程设计中有较大的使用价值。

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种基于MMC高效电磁暂态桥臂等效模型的仿真方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的HVDC(MMC-HVDC)已被广泛应用于大规模的可再生能源集成和异步电网互连。与传统的电网换相换流器(Line-commutated Converter，LCC)和两级或三级电压源换流器(Voltage SourceConverter)相比，MMC凭借其高模块化，无换向失败问题和良好的输出波形而成为更好的选择。

为了研究MMC的动态行为，学术界已经进行了数项重要的研究工作来开发针对电磁瞬态仿真程序的不同应用目的的MMC模型。Peralta等人在标题为Detailed andaveraged models for a 401-level MMC-HVDC system(IEEE Trans.Power Del.,2012,27,1501–1508)的文章中讨论了详细的开关模式(Detailed Switching Mode，DSM)，它可以准确地呈现MMC中IGBT的开关动态特性，由于开关元件数量众多，MMC为整个电路的导纳矩阵贡献了大量可开关节点；但由于IGBT动作频率较高(通常在kHz范围内)，因此必须在每次开关动作时重新计算整个MMC的导纳矩阵，由于庞大的节点和微小的时间步长，DSM带来了巨大的计算负担和过多的计算时间要求；因此，对于系统级研究，尤其是对于HVDC电网，DSM实际上并不适用。

为了克服DSM的仿真效率缺陷，Gnanarathna等人在标题为Efficient modelingof modular multilevel HVDC converters(MMC)on electromagnetic transientsimulation programs(IEEE Trans.Power Del.,2011,26,316–324)的文章中提出了详细的等效模型(Detailed Equivalent Model，DEM)，并进行了改进；基于桥臂戴维南等效电路，DEM消除了内部中间节点，并在不损失精度的情况下大大提高了仿真效率，但是DEM的仿真效率与MMC-HVDC电网中的子模块个数有关，对于具有大量子模块的大规模MMC-HVDC电网，DEM的计算效率仍然不能令人满意。

总之，现有的等效仿真模型存在计算量大、仿真效率低和应用场景窄的问题，不适用于MMC大规模的快速仿真，因此有必要提出一种新的仿真模型及方法。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种基于MMC高效电磁暂态桥臂等效模型的仿真方法，该仿真方法实施简单，适用性强，在工程设计中有较大的使用价值。

一种基于MMC高效电磁暂态桥臂等效模型的仿真方法，包括如下步骤：

(1)获取MMC运行参数，所述MMC桥臂采用半桥子模块级联；

(2)构建MMC各桥臂的等效电路，并根据所述MMC运行参数计算确定各桥臂等效电路中的等效元器件参数；

(3)基于所述等效电路建立MMC仿真模型，根据MMC桥臂中各子模块t-ΔT时刻的电气量进行仿真计算，得到t时刻MMC的桥臂电流，进而计算出桥臂中各子模块t时刻的电气量，t表示时间，ΔT为仿真步长。

进一步地，所述MMC运行参数包括MMC各桥臂电流以及各子模块的电容电压以及开关状态。