[发明专利]基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器桥臂建模方法

说明书

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，涉及一种基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器桥臂建模方法。本发明首先对模块化多电平换流器MMC换流器的桥臂建立桥臂混合模型，将桥臂中的L个特殊子模块建立简化等效模型，M个一般子模块建立详细等效模型；然后对详细等效的子模块中所有器件的故障状态进行建模，使得模型能够模拟子模块内部故障；最后在桥臂模型中增设故障节点，使得模型能够模拟桥臂故障。本发明解决了实时数字仿真器在GPC/PB5环境下进行模块化多电平换流器MMC系统仿真的资源受限问题，使得模型可用于高电平MMC系统仿真；并且能够完成多种换流器内部故障仿真，能够有效地用于MMC保护控制策略的研究。

技术领域

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，涉及一种基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器桥臂建模方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于其输出电平高，谐波含量少，可独立控制有功功率、无功功率而得到了广泛应用。对于高压输电系统，MMC需要达到数百电平才能满足实际工程对高电压、大容量的需求，这给MMC的实时仿真带来了极大的挑战。实时数字仿真器(Real-Time Digital simulator,RTDS)是一种专门用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，在电力系统仿真实时仿真研究中被广泛应用。用户可以在RTDS提供的CBuilder工具中开发MMC换流器模型，用于MMC-HVDC动态特性的仿真研究。基于CBuiler工具开发的模型运行在GPC/PB5板卡中，由于硬件资源的限制，要求模型在保证仿真精度的同时必须具有足够高的计算速度。

为了加快MMC系统的仿真速度，现有的关于MMC建模的方法大多是将MMC的桥臂等效为一个2节点的封装模型，这种方法大大降低了MMC-HVDC系统导纳矩阵的维度，但同时也带来了MMC换流器内部故障仿真困难的问题。现有模型大都不具备换流器故障仿真功能或者只能模拟少数几种故障，也就无法用于换流器保护控制策略的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器桥臂建模方法，包括：

步骤1：根据研究的子模块的内部电容器和电力电子器件故障，将模块化多电平换流器桥臂中级联的子模块分为特殊子模块和一般子模块；

步骤2：对步骤1所得的每个特殊子模块建立详细等效模型，然后对每个特殊子模块中所有器件的故障状态进行建模，使得特殊子模块具备故障仿真功能；

步骤3：对步骤1所得的一般子模块建立简化等效模型，将级联的所有一般子模块整体等效为一个受控电流源并联一个电容，并用一个受控电压源反映所有子模块端口电压之和；

步骤4：开关SW和D1二极管、D2二极管构成组合开关，开关SW与D1二极管并联再与D2二极管串联，D1二极管的正极连接D2二极管的负极，组合开关控制桥臂的闭锁与非闭锁状态，组合开关与步骤2与步骤3所得的子模块等效模型并联构成桥臂混合模型；

步骤5：根据诺顿定理，对步骤4所得的桥臂混合模型进行等效计算；

步骤6：在步骤4所得到的桥臂混合模型中增设桥臂故障节点，将桥臂等效为一个3节点模型，故障节点的位置可调，在故障节点处外接实时数字仿真器提供的故障模块进行桥臂接地故障仿真和不同桥臂之间的短路故障仿真，桥臂断路故障仿真及同一桥臂两点间短路仿真通过在自定义程序中改变桥臂子模块等效电阻实现；

步骤7：建立适用于桥臂混合模型的模块化多电平换流器的阀级控制器，根据诺顿定理，建立桥臂控制器与桥臂混合模型整体的等效模型。

所述步骤1具体包括：对模块化多电平换流器进行仿真时，选择研究的子模块内部故障及相应控制保护策略的L个子模块建立其详细等效模型，其余M个等效子模块建立简化等效模型。