模塊端口輸出電壓 為兩倍正電平2,若流過(guò)子模塊的電流為負(fù)時(shí)，子模塊端口輸出電壓為負(fù)，記為負(fù)電平。
[0080] 本發(fā)明MMC等效仿真方法利用數(shù)值計(jì)算以及電磁仿真的內(nèi)部機(jī)理，能夠有效地將 箝位雙子模塊以及由該類型子模塊構(gòu)成的的橋臂等效為一個(gè)由受控電壓源、可調(diào)電阻以及 二極管構(gòu)成的簡(jiǎn)單支路，大大減少了系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)及相應(yīng)的仿真運(yùn)算量；本發(fā)明不僅能夠 大幅度地提升MMC的仿真速度，而且考慮了箝位雙子模塊的各種閉鎖方式；本發(fā)明方法搭 建的MMC仿真模型在正常運(yùn)行以及閉鎖時(shí)均具備有很高的仿真精度。
【附圖說(shuō)明】
[0081] 圖1為MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0082] 圖2為箝位雙子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0083] 圖3為本發(fā)明橋臂等效電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0084] 圖4為本發(fā)明仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0085] 圖5(a)為本發(fā)明等效模型閥側(cè)電壓的波形示意圖。
[0086] 圖5(b)為真實(shí)模型閥偵U電壓的波形示意圖。
[0087] 圖6(a)為本發(fā)明等效模型等效模型閥偵U電流的波形示意圖。
[0088] 圖6 (b)為真實(shí)模型閥側(cè)電流的波形示意圖。
[0089] 圖7(a)為本發(fā)明等效模型等效模型有功功率的波形示意圖。
[0090] 圖7(b)為真實(shí)模型有功功率的波形示意圖。
[0091] 圖8(a)為本發(fā)明等效模型等效模型子模塊電容電壓的波形示意圖。
[0092] 圖8(b)為真實(shí)模型子模塊電容電壓的波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0093] 為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 及其相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0094] 本實(shí)施方式中，MMC為三相全橋模塊化多電平換流器。如圖1所示，MMC包含有三 個(gè)相，每個(gè)相有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由若干個(gè)箝位雙子模塊構(gòu)成。子模塊如圖2所不，由五 個(gè) IGBT(T1、T2、T3、T4、T5)、七個(gè)二極管（Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7)和兩個(gè)電容（Cl、C2) 組成。其中，第一 IGBT的發(fā)射極與第一二極管的陽(yáng)極，第二IGBT的集電極、第二二極管的 陰極相連并構(gòu)成子模塊的一端；第三IGBT的發(fā)射極與第三二極管的陽(yáng)極，第四IGBT的集電 極、第四二極管的陰極相連并構(gòu)成子模塊的另一端。IGBT的基極接收外部設(shè)備提供的開關(guān) 信號(hào)。
[0095] 箝位雙子模塊可以輸出一倍正電平、負(fù)電平、零電平以及兩倍正電平。當(dāng)?shù)谝?、?三、第五IGBT導(dǎo)通，第二、第四IGBT關(guān)斷時(shí)，子模塊端口輸出電壓為正，記為一倍正電平；當(dāng) 第二、第四、第五IGBT導(dǎo)通，第一、第三IGBT關(guān)斷時(shí)，子模塊端口輸出電壓為也為正，記為一 倍正電平2 ;當(dāng)?shù)诙?、第三、第五IGBT導(dǎo)通，第一、第四IGBT關(guān)斷時(shí)，子模塊端口輸出電壓為 零，記為零電平；當(dāng)?shù)谝?、第四、第五IGBT導(dǎo)通，第二、第三IGBT關(guān)斷時(shí)，子模塊端口輸出電 壓為兩倍正電平1 ;當(dāng)所有的IGBT都關(guān)斷，若流過(guò)子模塊的電流為正時(shí)，子模塊端口輸出電 壓為兩倍正電平2,若流過(guò)子模塊的電流為負(fù)時(shí)，子模塊端口輸出電壓為負(fù)，記為負(fù)電平。
[0096] 本發(fā)明考慮多種閉鎖模態(tài)的基于箝位雙子模塊MMC的等效仿真方法，包括如下步 驟：
[0097] (1)獲取對(duì)應(yīng)橋臂的橋臂電流、橋臂各箝位雙子模塊IGBT的開關(guān)信號(hào)。
[0098] 獲取橋臂的運(yùn)行參數(shù)包括橋臂輸入電流Imi、橋臂所有子模塊第一開關(guān)信號(hào)Φρ 第二開關(guān)信號(hào)Φ2、第三開關(guān)信號(hào)Φ3、第四開關(guān)信號(hào)Φ4、第五開關(guān)信號(hào)Φ 5;第一開關(guān)信號(hào) O1、第二開關(guān)信號(hào)φ2、第三開關(guān)信號(hào)φ3、第四開關(guān)信號(hào)φ4、第五開關(guān)信號(hào)φ 5分別為子模 塊中T2、T3、T4、T5接收的開關(guān)信號(hào)。
[0099] (2)根據(jù)運(yùn)行參數(shù)構(gòu)建橋臂的等效電路。
[0100] 如圖3所示，由箝位雙子模塊組成的橋臂等效電路由五個(gè)等效電阻，三個(gè)等效電 壓源以及九個(gè)等效二極管構(gòu)成。其中第一等效電壓源的正極對(duì)應(yīng)等效橋臂的一端，其負(fù)極 與第一等效電阻相連。第一等效電阻的另一端與第一等效二極管的陽(yáng)極和第二等效二極管 的陰極相連，第一等效二極管的陰極與第二等效電壓源的正極和第六等效二極管的陰極相 連，第二等效電壓源的負(fù)極與第二等效電阻的一端相連，第二等效電阻的另一端與第二等 效二極管的陽(yáng)極、第五等效二極管的陽(yáng)極以及第七等效二極管的陰極相連。第五等效二極 管的陰極與第六等效二極管的陽(yáng)極、第三等效電壓源的正極以及第三等效二極管的陰極相 連，第三等效電壓源的負(fù)極與第三等效電阻的一端相連，第三等效電阻的另一端與第七等 效二極管陽(yáng)極和第四等效二極管陽(yáng)極相連。第三等效二極管陽(yáng)極與第四等效二極管陰極、 第四等效電阻一端以及第五等效電阻一端相連，第四等效電阻另一端與第八等效二極管陽(yáng) 極相連，第五等效電阻另一端與第九等效二極管陰極相連，第八等效二極管陰極與第九等 效二極管陽(yáng)極相連并對(duì)應(yīng)橋臂的另一端。橋臂等效電路可以真實(shí)地模擬穩(wěn)態(tài)以及閉鎖狀態(tài) 下的真實(shí)橋臂，并且所使用的原件簡(jiǎn)單，便于后續(xù)的求解。
[0101] 等效二極管的通態(tài)電阻為le-6ohm，關(guān)斷電阻為le9ohm。等效二極管為理想二極 管，其通態(tài)電阻很小，可忽略不計(jì)，其關(guān)斷電阻為一個(gè)很大的數(shù)值，保證了器件關(guān)斷后通過(guò) 極小的電流。
[0102] 等效橋臂中各子模塊電容可由一個(gè)等效的歷史電壓源及一個(gè)與電容大小、仿真步 長(zhǎng)有關(guān)的等效電阻來(lái)替代，計(jì)算公式如下所示：
CN 105117549 A 肌 叩 ~Π> 8/12 貞
[0109] 其中：Rm (t)為第j子模塊電容Cl的等效阻值，R@(t)為第j子模塊電容C2 的等效阻值，AT為仿真步長(zhǎng)，C1為子模塊電容Cl的容值，C2為子模塊電容C2的容值； Ucl腳（t_ Λ T)為t時(shí)亥Ij第j個(gè)子模塊電容Cl的歷史電壓源，Uc2jeq(t-Δ T)為t時(shí)亥Ij第j個(gè) 子模塊電容C2的歷史電壓源，Llj (t)為t時(shí)刻第j個(gè)子模塊的電容Cl電容電流，(t) 為t時(shí)刻第j個(gè)子模塊的電容C2電容電流，Ilj (t)為t時(shí)刻第j個(gè)子模塊電容Cl的電壓 值，⑴為t時(shí)刻第j個(gè)子模塊電容C2的電壓值。
[0110] 等效橋臂中的等效電阻與等效電壓源的計(jì)算公式如下所示：
[0119] 其中：Reql(t)、Req2(t)、Req3(t)、Req4(t)、R eq5(t)分別為第一、二、三、四、五等效電阻 的等效阻值，11<；(]1(1:)、11(；(]2(1:)、11(；(]3(1:)分別為第一、二、三等效電壓源的等效電壓值，1?_ 1(1:)、 Rsw2(t)、Rsnu3⑴、Rsnij4(t)、Rsnij5⑴分別為第j個(gè)子模塊中對(duì)應(yīng)第一、二、三、四、五等效電阻 的等效阻值，Usnijl (t)、Usnij2 (t)、Usnij3 (t)分別為第j個(gè)子模塊中對(duì)應(yīng)第一、二、三等效電壓源 的等效電壓值。
[0120] 當(dāng)MMC中第j個(gè)子模塊處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，等效橋臂計(jì)算公式如下所示：
[0121 ] RsmjI (t) = Ra (t) +Rj (t) +Rk (t) +Re (t) CN 105117549 A I兄明書 9/12 頁(yè)
[0142] 其中：iam(t)為橋臂的輸入電流；Rl j (t)為第j個(gè)子模塊的第一 IGBT以及第一二 極管的等效電阻，R2j (t)為第j個(gè)子模塊的第二IGBT以及第二二極管的等效電阻，R3j (t)為 第j個(gè)子模塊的第三IGBT以及第三二極管的等效電阻，R4j⑴為第j個(gè)子模塊的第四IGBT 以及第四二極管的等效電阻，R5](t)為第j個(gè)子模塊的第五IGBT以及第五二極管的等效電 阻，R6] (t)為第j個(gè)子模塊的第六二極管的等效電阻，R7] (t)為第j個(gè)子模塊的第七二極管 的等效電阻。電容的等效電阻的阻值和等效電壓源的電壓值的計(jì)算公式可以將子模塊中的 電容等效為一個(gè)戴維南等效支路，為后續(xù)的仿真電路的等效提供了基礎(chǔ)。
[0143] 當(dāng)?shù)趈個(gè)子模塊中的第一 IGBT導(dǎo)通時(shí)，RljU)的取值為0· 01 Ω ;關(guān)斷時(shí)，RljU) 的取值為IM Ω。當(dāng)?shù)趈個(gè)子模塊中的第二IGBT導(dǎo)通時(shí)，R2j⑴的取值為0. 01 Ω ;關(guān)斷時(shí)， R2j⑴的取值為1ΜΩ。當(dāng)?shù)趈個(gè)子模塊中的第三IGBT導(dǎo)通時(shí)，R3j⑴的取值為0. 01 Ω ; 關(guān)斷時(shí)，R3j⑴的取值為IM Ω。當(dāng)?shù)趈個(gè)子模塊中的第四IGBT導(dǎo)通時(shí)，R4j⑴的取值為 0. 01 Ω ;關(guān)斷時(shí)，R4j⑴的取值為IM Ω。當(dāng)?shù)趈個(gè)子模塊中的第五IGBT導(dǎo)通時(shí)，R5j⑴的 取值為0. 01 Ω ;關(guān)斷時(shí)，R5j⑴的取值為IM Ω。
[0144] 當(dāng)MMC第j個(gè)子模塊處于全閉鎖運(yùn)行狀態(tài)下，此時(shí)該子模塊第一、第二、第三、第 四、第五IGBT全部處于閉鎖關(guān)斷狀態(tài)。等效橋臂計(jì)算公式如下所示：
[0156] 當(dāng)MMC第j個(gè)子模塊處于左半部分閉鎖運(yùn)行狀態(tài)下，此時(shí)該子模塊第一、第二IGBT 全部處于閉鎖關(guān)斷狀態(tài)；等效橋臂計(jì)算公式如下所示：
CN 105117549 A 說(shuō)明書 11/12 頁(yè)
[0168] 當(dāng)MMC第j個(gè)子模塊處于右半部分閉鎖運(yùn)行狀態(tài)下，此時(shí)該子模塊第三、第四IGBT 全部處于閉鎖關(guān)斷狀態(tài)，等效橋臂計(jì)算公式如下所示：
[0180] (3)根據(jù)橋臂等效電路建立相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真。
[0181] 根據(jù)步驟（1)至（2)，遍歷MMC中的所有橋臂；從而得到MMC的快速仿真電路。以 下利用電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件對(duì)MMC的仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，該仿真系統(tǒng)如圖4所示，該 仿真系統(tǒng)的仿真參數(shù)如表1所示：
[0182] 表 1
[0183] CN 105117549 A 說(shuō)明書 12/12 頁(yè)
[0184] 仿真場(chǎng)景：模塊化多電平換流器的穩(wěn)定啟動(dòng)是系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提條件。在真 實(shí)橋臂所搭建的仿真系統(tǒng)和本實(shí)施方式等效橋臂所搭建的仿真系統(tǒng)中分別進(jìn)行MMC啟動(dòng) 仿真。這種啟動(dòng)方式分為兩個(gè)階段，分別為不控階段和可控階段。在不控階段時(shí)，交流閥 側(cè)出口需要投入100Ω的啟動(dòng)電阻，