[发明专利]一种模块化多电平换流器无环流仿真模型的建模方法

权利要求书

1.一种模块化多电平换流器无环流仿真模型的建模方法，其特征在于，包括以下内容：提供MMC换流器，所述MMC换流器包括三个相单元分别为A、B、C相单元，每一相单元包括上桥臂和下桥臂；每一相单元的上桥臂包括相互串联的若干子模块与第一桥臂电抗器L_B1，下桥臂包括相互串联的若干子模块与第一桥臂电抗器L_B2，所述子模块中，第一IGBT的源极与电容的一端连接，电容的另一端与第二IGBT的漏极连接并作为所述子模块的第一端，所述第二IGBT的源极与所述第一IGBT的漏极连接并作为所述子模块的第二端；所述第一IGBT和第二IGBT还分别反向并联二极管；

所述MMC换流器处于解锁状态下，相单元中的各子模块处于投入状态或切除状态，对于A相单元的上桥臂第i个子模块：

投入状态下，A相单元的上桥臂第i个子模块的电流电压状态方程为：

式中，U_Ci为A相单元的上桥臂第i个子模块的电容两端的电压，i_SM为子模块的电流，i_BPA为A相单元的上桥臂的电流；

切除状态下，A相单元的上桥臂第i个子模块电流电压状态方程为：

假设A相单元的上桥臂中投入状态的子模块数为n_PA，A相单元的下桥臂投入状态的子模块数为n_NA，A相单元的上桥臂和A相单元的下桥臂中投入状态的子模块总数为N，根据公式(3)和公式(4)对A相单元的上桥臂所有投入状态的子模块求和，得：

对公式(5)两边同除以N得：

设A相单元的上桥臂的等效电容为C_B∑，A相单元的上桥臂所有子模块电容两端的电压之和为U_B∑，定义k_PA为则：

假设各投入状态的子模块均压，A相单元的上桥臂子模块输出电压总和U_BPA表示为：

对于A相单元的下桥臂，定义k_NA为列出下列方程：

U_BNA＝k_NAU_B∑ (10)

其中，i_BNA为A相单元的下桥臂的电流；

对于公式(7)和公式(9)进行相加得：

A相单元的上桥臂和A相单元的下桥臂的电流表示为：

其中，I_d为MMC换流器的总电流，i_VA为三相交流系统中的A相输入电流；

将公式(12)代入公式(11)得：

设A相参考电压为v_refA，并设所有子模块额定工作电压为U_e，k_PA和k_NA表示为：

将公式(14)代入公式(13)，得：

设v_refA＝V_refsin(ωt)，i_VA＝I_Vsin(ωt+φ)，公式(15)化简为：

忽略MMC换流器的消耗，并由U_DC＝NU_e，公式(16)化简为：

其中，U_DC为MMC换流器的直流侧电压；

公式(17)表示，当MMC换流器负荷一定的情况下，A相单元的上桥臂和下桥臂所有子模块电容两端电压和随直流分量和2倍频电流分量变化，不随工频交流电流变化；

对于B相和C相的相单元分别列出公式(18)和公式(19)：

公式(17)、公式(18)和公式(19)中2倍频电流分量仅在三相桥臂之间流动，直流侧和交流测均不存在此分量，将三相看成整体，对公式(17)、公式(18)和公式(19)进行求和，得：

公式(20)表示，将MMC换流器视为由各相单元投入电容并联的整体后，其输出电流恒定并与直流侧外特征吻合，将各相单元中的子模块替换成受控电压源，包括A相单元的上桥臂的第一受控电压源及A相单元的下桥臂的第二受控电压源，并在受控电压源上增加充电二极管以及解锁开关后得到模块化多电平换流器无环流仿真模型；

所述子模块处于投入状态时，第一IGBT处于导通状态，第二IGBT处于关断状态；

所述子模块处于切除状态时，第一IGBT处于关断状态，第二IGBT处于导通状态；

所述模块化多电平换流器无环流仿真模型，包括换流器主回路与等效电容回路：

所述换流器主回路包括与三相交流系统连接的三个换流器相单元分别为A、B、C换流器相单元，每一换流器相单元包括上桥臂与下桥臂；每一换流器相单元的上桥臂中第一桥臂电抗器L_B1一端与三相交流系统对应的相连接，第一桥臂电抗器L_B1的另一端分别与第二二极管D2的正极、第一受控电压源的负极连接，所述第一受控电压源的正极与第一二极管D1的负极连接，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极连接且作为仿真模型的P端，所述第一二极管D1与第一解锁开关K1并联；所述第一受控电压源在A、B、C换流器相单元中分别为k_PAU_BΣ，k_PBU_BΣ、k_PCU_BΣ；

每一换流器相单元的下桥臂中第二桥臂电抗器L_B2的一端与所述三相交流系统的对应的相连接，第二桥臂电抗器L_B2的另一端分别与第三二极管D3的正极、第四二极管D4的负极连接，所述第三二极管D3的负极与第二受控电压源的正极连接，所述第二受控电压源的负极与所述第四二极管D4的正极连接且作为仿真模型的N端，所述第三二极管D3与第二解锁开关K2并联；所述第二受控电压源在A、B、C换流器相单元中分别为k_NAU_BΣ，k_NBU_BΣ、k_NCU_BΣ；

所述等效电容回路将所有桥臂的电容等效为6倍桥臂电容6C_BΣ，由6个受控电流源并联后对所述6倍桥臂电容6C_BΣ进行充放电；

通过调节各相单元上、下桥臂输出交流电压值k_P和k_N；使k_P和k_N之和保持为1，各相单元输出电压之和相等，不会产生环流，对换流器环流抑制功能投入之后状态等效仿真；第一解锁开关K1和第二解锁开关K2打开时，对换流器闭锁状态进行等效仿真；第一解锁开关K1和第二解锁开关K2闭合时，对换流器解锁状态进行等效仿真；

所述第一受控电压源为模拟上桥臂输出电压的受控电压源；

所述第二受控电压源为模拟下桥臂输出电压的受控电压源。