[发明专利]一种MMC功率模块非线性特征仿真模型

说明书

一种MMC功率模块非线性特征的仿真模型，由一个受控电流源i_m、一个电容C_m、一个线性电阻R_b和一个非线性电阻R_hp组成；受控电流源i_m的正极分别与电容C_m的正极、线性电阻R_b的一端及非线性电阻R_hp的一端相连接；受控电流源i_m的负极与C_m电容的负极、线性电阻R_b的另一端及非线性电阻R_hp另一端连接；所述仿真模型模拟MMC换流器在无均匀主动控制下MMC功率模块电容电压发散过程，实现全桥型功率模块和半桥型功率模块的非线性特征仿真，适用于混合型MMC换流器在无主动均压控制时MMC功率模块电容电压发散过程的电磁暂态仿真。

技术领域

本发明涉及一种MMC功率模块的仿真模型。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的高压柔性直流输电系统(VSC-HVDC)具有四象限运行、滤波器小、可向无源网络供电等诸多优点，其在输电领域获得了广泛关注。工程上MMC功率模块由众多部件构成，例如功率模块控制电路、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)及驱动器、电容、均压电阻、旁路开关、自取能电源等。

MMC功率模块内部控制电路采用自取能电源供电方式，即MMC功率模块的自取能电源从MMC功率模块电容获取高位电能并将其转化为低压电源供控制电路使用。由于功率模块内部控制电路可近似为恒功率消耗，因此在MMC功率模块中其自取能电源相对于电容来说为恒功率负载，自取能电源的恒功率特性使得功率模块电容电压越低自取能电源输入的电流越大。当MMC处于不控充电阶段时，电容电压较低的功率模块电容电压越来越低，而电容电压较高的功率模块电容电压越来越高，随着MMC解锁时间的推迟电容电压会发散，该现象在实际的工程中也得到了实际验证。MMC功率模块电容电压发散过程与MMC控制密切相关，涉及MMC控制器不控充电完成后最迟解锁时间的设定，因此需要建立MMC功率模块非线性特征仿真模型，实现其非线性过程的电磁暂态仿真。

由于MMC功率模块数量较多，且每个MMC功率模块内部含有非线性元件，例如IGBT、二极管和自取能电源等，因此较实现MMC功率模块非线性特征的实时仿真模型。中国专利CN106570226提出了一种MMC平均值模型，该方法可实现MMC的实时仿真，但是无法仿真每个MMC功率模块的电磁暂态过程。中国专利CN103116665A提出一种MMC拓扑换流器高效电磁暂态仿真方法，该发明对IGBT和二极管进行等效处理，减少电路节点路从而提高MMC功率模块仿真速度，然而该方法未实现功率模块的非线性特征仿真。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的缺点，提出一种MMC功率模块非线性特征仿真模型，本发明模拟MMC换流器在无均匀主动控制下MMC功率模块电容电压发散过程。

MMC功率模块非线性特征仿真模型由一个受控电流源i_m、一个电容C_m、一个线性电阻R_b和一个非线性电阻R_hp组成。受控电流源i_m的正极分别与电容C_m的正极、线性电阻R_b的一端及非线性电阻R_hp一端相连接；受控电流源i_m的负极与C_m电容的负极、线性电阻R_b的另一端及非线性电阻R_hp的另一端连接。

MMC功率模块非线性特征仿真模型模拟MMC换流器在无均压主动控制下MMC功率模块电容电压发散过程的方法如下：

(1)计算受控电流源电流值i_m