[发明专利]一种带子模块闭锁功能的MMC等效建模方法

摘要

本发明涉及MMC换流器子模块的建模方法，具体涉及一种带子模块闭锁功能的MMC等效建模方法。该方法将子模块的等效为将子模块的IGBT串联支路等效为电阻串联支路；将电容器支路等效为电阻和电源串联支路；该方法包括下述步骤①确定子模块等效电路的等效电压Vsm和等效电阻RsmEQ；②确定等效电路参数。该方法可以准确快速的对模块化多电平换流器进行电磁暂态仿真，并且具有子模块闭锁功能，极大的提高了仿真效率，降低了仿真用时。

主权项

一种带子模块闭锁功能的MMC等效建模方法，所述MMC为三相六桥臂结构，每个桥臂由子模块级联组成；所述子模块包括并联的IGBT串联支路和电容器支路；所述IGBT串联支路由两个串联的IGBT模块组成；其特征在于，子模块的等效电路包括：将所述子模块的IGBT串联支路等效为电阻串联支路；将所述电容器支路等效为电阻和电源串联支路；所述方法包括下述步骤：①确定子模块等效电路的等效电压Vsm和等效电阻RsmEQ；②确定等效电路参数；所述IGBT模块包括IGBT模块I和IGBT模块II，IGBT模块I和IGBT模块II均由IGBT器件以及与其反并联的二极管组成；IGBT器件包括上管T1和下管T2；所述电阻串联支路由电阻R1和电阻R2串联组成，其中R1为IGBT模块I的等效电阻；R2为IGBT模块II的等效电阻；所述电阻和电源串联支路由串联的电阻Rc和电源VcEQ组成；其中Rc为电容器的等效电阻，VcEQ为电容器的等效电压；所述子模块的工作状态包括：闭锁状态，旁路状态和投入状态；若三相六桥臂结构的MMC单个桥臂包括6个级联的子模块，其中两个子模块处于闭锁状态，两个子模块处于投入状态，另外两个子模块处于旁路状态；将MMC单个桥臂等效为并联的二极管串联支路以及闭锁状态的两个子模块和投入状态的两个子模块串联支路，每个子模块等效为并联的二极管D、电容器C和均压电阻R；所述二极管串联支路由串联的续流二极管D1和D2组成；所述步骤①包括：根据基尔霍夫定律计算电容器电压Vc，子模块等效电压Vsm和子模块等效电阻RsmEQ的数学表达式分别如下：Vc(t)=Vc(t-ΔT)+Rc×[Ic(t-ΔT)+Iarm(t)×R2-VcEQ(t)R1+R2+Rc]---(1);]]>RsmEQ=R2×(1-R2R1+R2+Rc)---(2);]]>Vsm(t)＝Vsm(t‑ΔT)+RsmEQ×Iarm(t)   (3)；其中：ΔT为子模块仿真步长，Vc(t‑ΔT)表示上一时刻电容电压；Ic(t‑ΔT)表示上一时刻电容电流；Iarm为桥臂电流；C为子模块电容容值，Vsm(t‑ΔT)为上一时刻子模块等效电压；对于一个N级联的MMC，每个桥臂包含有N个子模块，桥臂等效电压Ueq和桥臂等效电阻Req分别表示为：Ueq=Σi=1NVsmi(t)---(4);]]>Req=Σi=1NRsmEQi(t)---(5);]]>式中，Vsmi和RsmEQi分别为第i(i＝1～N)个子模块等效电压和等效电阻；所述步骤②中，确定子模块在闭锁状态，旁路状态和投入状态下的等效电路参数，所述等效电路参数包括电容器电压Vc，子模块等效电压Vsm和子模块等效电阻RsmEQ；所述IGBT器件T1和T2的导通电阻用RGon表示，二极管的导通电阻用RDon表示，IGBT器件T1和T2以及二极管的关断电阻用Roff表示；子模块在投入状态且桥臂电流为正方向时，IGBT模块I的等效电阻R1为RDon；IGBT模块II的等效电阻R2为Roff；桥臂电流方向为负时，IGBT模块I的等效电阻R1为RGon；IGBT模块II的等效电阻R2为Roff；子模块在旁路状态且桥臂电流为正方向时，IGBT模块I的等效电阻R1为Roff；IGBT模块II的等效电阻R2为RGon；桥臂电流方向为负时，IGBT模块I的等效电阻R1为Roff；IGBT模块II的等效电阻R2为RDon；子模块在闭锁状态且桥臂电流为正方向时，IGBT模块I的等效电阻R1为RDon；IGBT模块II的等效电阻R2为Roff；桥臂电流方向为负时，IGBT模块I的等效电阻R1为Roff；IGBT模块II的等效电阻R2为RDon；当RDon≈RGon≈0，Roff≈∞时，且当子模块在投入状态时，电容器电压Vc，子模块等效电压Vsm和子模块等效电阻RsmEQ用下述表达式组表示：Vc(t)≈Vc(t-ΔT)+Rc×Ic(t-ΔT)+Rc×Iarm(t)RsmEQ≈R1+RcVsm(t)≈Vsm(t-ΔT)+RsmEQ×Iarm(t)---(6);]]>且当子模块在旁路状态时，电容器电压Vc，子模块等效电压Vsm和子模块等效电阻RsmEQ用下述表达式组表示：Vc(t)≈Vc(t-ΔT)+Rc×Ic(t-ΔT)RsmEQ≈0Vsm(t)≈Vsm(t-ΔT)---(7);]]>且当子模块在闭锁状态时，电容器电压Vc，子模块等效电压Vsm和子模块等效电阻RsmEQ用下述表达式组表示：Vc(t)≈Vc(t-ΔT)+Rc×Ic(t-ΔT)+Rc×Iarm(t)RsmEQ≈R1+RcVsm(t)≈Vsm(t-ΔT)+RsmEQ×Iarm(t),(Iarm>0)---(8);]]>Vc(t)≈Vc(t-ΔT)+Rc×Ic(t-ΔT)RsmEQ≈0Vsm(t)≈Vsm(t-ΔT),(Iarm<0)---(9).]]>