專利名稱：一種mmc拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法
技術領域：
本發明屬于電力電子領域，具體涉及一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法。
背景技術：
模塊化多電平(MMC)拓撲的提出促進了柔性直流輸電技術的發展，該拓撲使用模塊級聯來實現高電壓，避免了在高壓直流輸電領域應用時，數百個電力電子器件直流串聯所帶來的動靜態均壓問題，降低了對功率器件一致性的要求。然而模塊化多電平柔性直流換流閥的半導體器件數通常是兩電平/三電平拓撲器件數目的2次方，龐大的器件數量，給變換器的電磁暫態仿真帶來了很大挑戰。直接使用PSCAD/EMTDC元件庫中的IGBT、二極管等元件搭建對應實際工程的MMC變換器，元件數量和模型節點數量龐大。為了模擬開關動作，在每個開關動作時刻，都要將一個大小為模型節點數的導納矩陣重新三角形化，并且每個元件都需要調用一次PSCAD和EMTDC之間的接口，仿真效率低，運行時間長。在S.P.Teeuwsen, “Simplifieddynamic model of a voltage-sourced converter with modular multilevelconverterdesign，，’presented at the IEEE/Power Eng.Soc.-Power Systems Conf.Exp0.，Seattle，WA，Mar.2009中提出了模塊化多電平變換器的開關周期平均簡化模型，用于模擬該變換器的暫態和穩態過程，顯著提高了仿真速度，縮短了仿真時間。然而，由于在開關周期平均模型中，不單獨地模擬每一個電平，因此不能對變換器的異常情況(如單個子模塊故障)進行仿真。本發明提出了一種基于戴維寧等效電路的MMC拓撲VSC-HVDC變換器高效電磁暫態仿真方法。該方法根據MMC拓撲換流器中串聯子模塊的戴維寧等效電路，在自定義模塊中編輯腳本來模擬子模塊行為，并用數組存儲各子模塊的狀態變量。從而減少了模型節點數量，以及接口程序調用次數，大幅提高的仿真效率。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法，減少了 MMC拓撲變換器模型的節點數，仿真速度快，效率高。本發明提供的一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法，其改進之處在于，(I)建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯子模塊的戴維寧等效電路；(2 )打開PSCAD，運行Fortran腳本編輯自定義模塊；(3)用自定義模塊替換至少一個子模塊；(4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態位表示IGBT狀態，用數組表示電容電壓和子模塊電流等變量；(5)用差分方程計算子模塊電容電壓和子模塊電流。其中，步驟(I)建立子模塊的戴維寧等效電路的步驟包括:
I)將IGBT等效為雙態電阻；2)確定IGBT開關狀態；3)根據所述IGBT開關狀態，將子模塊等效為由電阻和電容構成的無源一端口網絡。其中，在構成的無源一端口網絡時，使用梯形積分法，對電容電壓暫態方程進行離散化，得:
權利要求
1.一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法，其特征在于， (O建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯子模塊的戴維寧等效電路； (2)打開PSCAD，運行Fortran腳本編輯自定義模塊； (3)用自定義模塊替換至少一個子模塊； (4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態位表示IGBT狀態，用數組表示電容電壓和子模塊電流等變量； (5)用差分方程計算子模塊電容電壓和子模塊電流。
2.如權利要求1所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，步驟(I)建立子模塊的戴維寧等效電路的步驟包括: 1)將IGBT等效為雙態電阻； 2)確定IGBT開關狀態； 3)根據所述IGBT開關狀態，將子模塊等效為由電阻和電容構成的無源一端口網絡。
3.如權利要求2所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，在構成的無源一端口網絡時，使用梯形積分法，對電容電壓暫態方程進行離散化，得:
4.如權利要求1所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，步驟(I)所述得到串聯子模塊的戴維寧等效電路包括如下步驟: 根據步驟3)得到的無源一端口網絡，將其轉換為戴維寧等效電路，其等效電壓源和等效串聯電阻分別為:
5.如權利要求1所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，步驟(2)所述運行Fortran腳本編輯自定義模塊是指將用Fortran代碼模擬子模塊的戴維寧等效電路，進而子模塊行為和特性。
6.如權利要求1所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，步驟(4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態位表示IGBT狀態，其狀態位包括O和1，0表示IGBT關斷，I表示IGBT開通。
7.如權利要求1所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，步驟(4)用數組表示電容電壓和子模塊電流等變量；電壓數組的值代表子模塊電壓值，電流數組的值代表子模塊電流，數組長度與模擬的子模塊個數相同，數組下標對應子模塊序號。
8.如權利要求1所述的電磁暫態仿真方法，其特征在于，步驟(5)用差分方程計算子模塊電容電壓和子模塊電流，其中電容電壓的表達式為:
全文摘要
本發明公開了一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法，包括步驟有(1)建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯子模塊的戴維寧等效電路；(2)打開PSCAD，運行Fortran腳本編輯自定義模塊；(3)用自定義模塊替換至少一個子模塊；(4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態位表示IGBT狀態，用數組表示電容電壓和子模塊電流等變量；(5)用差分方程計算子模塊電容電壓和子模塊電流。本發明減少了MMC拓撲變換器模型的節點數，仿真速度快，效率高。
文檔編號G06F17/50GK103116665SQ20121053398
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者楊兵建, 楊岳峰, 謝敏華, 王韌秋, 湯廣福, 包海龍, 何維國 申請人:國網智能電網研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 上海市電力公司, 國家電網公司