[发明专利]模块化多电平换流器能量等效建模方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平换流器能量等效建模方法。建立模块化多电平换流器桥臂与子模块电气独立模型；子模块等效过程中，对子模块开关器件导通压降及子模块电容电压进行分类，简化计算过程，并利用能量守恒原理对子模块电容电压更新计算，保证换流器内部特性；模块化多电平换流器桥臂由受控电压源进行整体等效，保证换流器准确的输出特性。本发明方法能够在电磁暂态仿真中高效、精确的实现MMC建模，其电磁暂态仿真计算复杂度大大降低；对MMC的研究人员有很好借鉴作用，以便后续系统仿真分析工作的顺利开展。

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器能量等效建模方法。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)自提出以来就受到广泛的关注，在高压直流输电(HVDC)工程应用上展现出巨大优势，成为未来该领域的发展方向。MMC的应用解决了传统直流输电换相易失败、输出电压低、输出电压电流谐波含量高等缺点，且能够实现可靠有效潮流控制。顺应当前大电网互联、智能电网环境下，柔性输电的应用需求。

由于MMC技术尚处于应用发展阶段，系统不同工况下运行数据不完备，且难以获取故障情况的系统特性，开展MMC系统的电磁暂态仿真分析是十分有必要的。在PSCAD/EMTDC平台上进行MMC系统的研究，MMC中子模块大量级联的设计给经典电磁暂态仿真技术带来挑战。因为，在每一个仿真周期都需对桥臂进行高阶导纳矩阵求逆，占用大量计算资源，严重影响仿真分析的工作进度，并制约后续系统仿真分析的开展。

目前常用的MMC精确等效建模方法主要有两种：一种是基于戴维南等效原理的模型，另一种是受控源通用等效模型。

1、戴维南等效模型

戴维南等效建模过程如图1所示。其步骤为：

①图1(a)中的晶体管开关器件等效为可变电阻R₁、R₂。

②电容的离散化等效。采用梯形积分法(后退欧拉法)计算更新电容电压，这里介绍梯形积分法。结合①得到伴随电路图1(b)，等效电容计算过程为：

③图1(c)为等效电路，等效参数R_SMEQ、U_SMEQ分别表示输入端口等效电阻与等效电源，计算表示为：

2、受控源通用等效模型基于节点电压原理，如图2所示，首先，图2将详细模型的子模块独立表示，子模块正端口连接受控电流源，控制量为桥臂电流I_AEM，负端口接地；换流器的桥臂等效为图2受控源。这样桥臂与子模块之间实现解耦，实现对其仿真过程中的导纳矩阵进行降维的效果。

基于戴维南等效原理的模型建模方法比较复杂，且其子模块电容更新采用梯形积分法、后退欧拉法等传统积分方法，计算过程忽略了各子模块在同一仿真周期内的电容电压变化量的独立性，影响了MMC内部特性的仿真精度。受控源通用等效模型在大规模MMC仿真中包含大量非线性元件，使得仿真用时随着电平数增加而大大增长，不适合大规模仿真。

本发明方法实现MMC的一般运行特性，提出一种基于受控源结合能量守恒计算的MMC等效建模方法，称为MMC快速能量等效模型。能够在电磁暂态仿真中高效、精确的实现MMC建模，其电磁暂态仿真计算复杂度大大降低。对MMC的研究人员有很好借鉴作用，以便后续系统仿真分析工作的顺利开展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器能量等效建模方法，能够在电磁暂态仿真中高效、精确的实现MMC建模，其电磁暂态仿真计算复杂度大大降低；对MMC的研究人员有很好借鉴作用，以便后续系统仿真分析工作的顺利开展。