本發(fā)明屬于柔性直流輸電系統(tǒng)仿真分析技術(shù)，尤其涉及一種mmc等效建模方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、mmc（modular?multilevel?converter）是一種基于多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的換流器，主要用于高壓大容量的直流和交流電能傳輸，其通過(guò)多個(gè)功率模塊的串聯(lián)與并聯(lián)實(shí)現(xiàn)多電平輸出，從而使輸出電壓波形更加接近正弦波，減少諧波失真和濾波器的需求，是實(shí)現(xiàn)交流電與直流電轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備。

2、在mmc結(jié)構(gòu)中，換流閥由許多子模塊（sub-modules,?sms）組成，每個(gè)子模塊通常包括電力電子器件（如igbt或igct）和電容器，這些子模塊可以動(dòng)態(tài)控制導(dǎo)通和關(guān)斷，組成具有較高電平數(shù)的輸出電壓波形。

3、在柔性直流輸電系統(tǒng)中，mmc閥的精確建模對(duì)于系統(tǒng)仿真和分析至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的詳細(xì)建模方法計(jì)算量大，仿真速度慢，難以滿(mǎn)足大規(guī)模系統(tǒng)研究的需求。而基于平均值的建模方法對(duì)每個(gè)子模塊的開(kāi)關(guān)行為進(jìn)行簡(jiǎn)化，使用平均值來(lái)描述其輸出電壓和電流，而不是模擬每個(gè)開(kāi)關(guān)的具體動(dòng)作，未考慮到開(kāi)關(guān)器件的瞬態(tài)特性。因此，亟需一種能保證精度又顯著提高計(jì)算速度的mmc建模方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明提供一種mmc等效建模方法及裝置，建立mmc的等效模型，通過(guò)外部觸發(fā)脈沖把mmc的子模塊等效為不同狀態(tài)，簡(jiǎn)化模型復(fù)雜度，并顯著提高計(jì)算速度。

2、本發(fā)明提供一種mmc等效建模方法，包括：

3、建立mmc的等效模型，等效模型中mmc閥臂上的每個(gè)子模塊的電容上均并聯(lián)有一個(gè)二極管，使得當(dāng)電容的電壓大于0時(shí)二極管截止，電容的電壓小于0時(shí)二極管導(dǎo)通；

4、接收外部向mmc輸入的觸發(fā)脈沖，根據(jù)觸發(fā)脈沖確定每個(gè)子模塊的等效開(kāi)關(guān)狀態(tài)；

5、基于等效模型根據(jù)確定的各子模塊的等效開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)mmc進(jìn)行仿真計(jì)算。

6、進(jìn)一步地，mmc的每個(gè)子模塊包括由開(kāi)關(guān)和反接并聯(lián)在開(kāi)關(guān)上的一個(gè)二極管組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，在等效模型中把并聯(lián)結(jié)構(gòu)等效為電阻，使得等效模型中mmc的每個(gè)子模塊包括電阻、與電阻并聯(lián)的電容及并聯(lián)在電容上的二極管。

7、進(jìn)一步地，等效模型每個(gè)子模塊中并聯(lián)在電容上的二極管為反接結(jié)構(gòu)。

8、進(jìn)一步地，子模塊為半橋結(jié)構(gòu)時(shí)，mmc的等效模型包括串聯(lián)的若干個(gè)子模塊，以及并聯(lián)在子模塊上的第一二極管和第二二極管，第一二極管與第二二極管串聯(lián)，輸入電流從第一二極管與第二二極管的串聯(lián)點(diǎn)處進(jìn)入mmc的橋臂。

9、進(jìn)一步地，子模塊等效為閉鎖狀態(tài)時(shí)，上述等效建模方法包括：

10、確定橋臂電流的方向；

11、根據(jù)橋臂電流方向和等效為閉鎖狀態(tài)的子模塊數(shù)量設(shè)置第一二極管或第二二極管的導(dǎo)通壓降。

12、進(jìn)一步地，子模塊等效為投入狀態(tài)時(shí)，上述等效建模方法包括：

13、確定橋臂電流的方向，對(duì)等效模型中的子模塊電容進(jìn)行充電或放電。

14、進(jìn)一步地，子模塊為全橋結(jié)構(gòu)時(shí)，mmc的等效模型包括串聯(lián)的若干個(gè)子模塊，以及并聯(lián)在子模塊上的第三二極管、第四二極管、第五二極管和第六二極管，第三二極管與第四二極管串聯(lián)后并聯(lián)在子模塊的第一側(cè)，第五二極管與第六二極管串聯(lián)后并聯(lián)在子模塊的第二側(cè)，輸入電流從第三二極管與第四二極管的串聯(lián)點(diǎn)處進(jìn)入mmc的橋臂。

15、第二方面，本發(fā)明提供一種mmc等效建模裝置，包括：

16、模型建立模塊，用于建立mmc的等效模型，等效模型中mmc閥臂上的每個(gè)子模塊的電容上均并聯(lián)有一個(gè)二極管，使得當(dāng)電容的電壓大于0時(shí)二極管截止，電容的電壓小于0時(shí)二極管導(dǎo)通；

17、脈沖觸發(fā)模塊，用于接收外部向mmc輸入的觸發(fā)脈沖，根據(jù)觸發(fā)脈沖確定每個(gè)子模塊的等效開(kāi)關(guān)狀態(tài)；

18、仿真計(jì)算模塊，用于利用等效模型根據(jù)確定的各子模塊的等效開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)mmc進(jìn)行仿真計(jì)算。

19、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器和處理器，當(dāng)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被所述處理器執(zhí)行時(shí)使得該設(shè)備執(zhí)行第一方面提供的mmc等效建模方法的各個(gè)步驟。

20、第四方面，本發(fā)明提供一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序，當(dāng)該程序被執(zhí)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)第一方面提供的mmc等效建模方法的各個(gè)步驟。

21、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有如下有益效果：

22、本發(fā)明提供了一種mmc等效建模方法，建立等效模型時(shí)在子模塊的電容上并聯(lián)一個(gè)二極管，該二極管可以看作是虛擬的，實(shí)際物理結(jié)構(gòu)上并不存在，由此對(duì)電容電壓進(jìn)行鉗位，避免電容電壓在開(kāi)關(guān)仿真過(guò)程中出現(xiàn)負(fù)值，提高模型穩(wěn)定性；根據(jù)外部的觸發(fā)脈沖把子模塊等效為不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行仿真計(jì)算，通過(guò)這種等效簡(jiǎn)化大幅減少了仿真建模時(shí)需要計(jì)算的元件數(shù)量，顯著提高了大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真的速度，同時(shí)兼顧仿真精度。

技術(shù)特征：

1.一種mmc等效建模方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述mmc的每個(gè)子模塊包括由開(kāi)關(guān)和反接并聯(lián)在開(kāi)關(guān)上的一個(gè)二極管組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，在所述等效模型中把并聯(lián)結(jié)構(gòu)等效為電阻，使得所述等效模型中mmc的每個(gè)子模塊包括電阻、與電阻并聯(lián)的電容及并聯(lián)在電容上的二極管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效模型每個(gè)子模塊中并聯(lián)在電容上的二極管為反接結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子模塊為半橋結(jié)構(gòu)時(shí)，所述等效模型包括串聯(lián)的若干個(gè)子模塊，以及并聯(lián)在子模塊上的第一二極管和第二二極管，第一二極管與第二二極管串聯(lián)，輸入電流從第一二極管與第二二極管的串聯(lián)點(diǎn)處進(jìn)入mmc的橋臂。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述子模塊等效為閉鎖狀態(tài)時(shí)，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述子模塊等效為投入狀態(tài)時(shí)，所述方法還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子模塊為全橋結(jié)構(gòu)時(shí)，mmc的等效模型包括串聯(lián)的若干個(gè)子模塊，以及并聯(lián)在子模塊上的第三二極管、第四二極管、第五二極管和第六二極管，第三二極管與第四二極管串聯(lián)后并聯(lián)在子模塊的第一側(cè)，第五二極管與第六二極管串聯(lián)后并聯(lián)在子模塊的第二側(cè)，輸入電流從第三二極管與第四二極管的串聯(lián)點(diǎn)處進(jìn)入mmc的橋臂。

8.一種mmc等效建模裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器和處理器，當(dāng)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被所述處理器執(zhí)行時(shí)使得該設(shè)備執(zhí)行權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的mmc等效建模方法。

10.一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序，當(dāng)該程序被執(zhí)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的mmc等效建模方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环NMMC等效建模方法，建立等效模型時(shí)在子模塊的電容上并聯(lián)一個(gè)二極管，該二極管不存在于MMC的實(shí)際物理結(jié)構(gòu)，僅在建模時(shí)建立的等效機(jī)構(gòu)，由此利用二極管對(duì)子模塊中的電容電壓進(jìn)行鉗位，避免電容電壓在開(kāi)關(guān)仿真過(guò)程中出現(xiàn)負(fù)值，提高模型穩(wěn)定性；根據(jù)外部的觸發(fā)脈沖把子模塊等效為不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行仿真計(jì)算，通過(guò)這種等效方式簡(jiǎn)化大幅減少了仿真建模時(shí)需要計(jì)算的元件數(shù)量，顯著提高了大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真的速度，同時(shí)兼顧仿真精度。

技術(shù)研發(fā)人員：郭海平,郭琦,黃立濱,涂亮,胡斌江,盧遠(yuǎn)宏,張杰,郭天宇,張競(jìng)月,洪澤祺,羅輝,胡玉峰,趙艷軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6