接A_。所述橋臂等效電路中，第一電壓源S1為不控全橋功率模塊電容電壓之和，第二電壓源S2為所有受控全橋功率模塊輸出電壓之和。
[0036]本發(fā)明在各種工況下模塊化多電平換流器實現(xiàn)電磁暫態(tài)仿真方法如下:
[0037](I)不控工況下的電磁暫態(tài)仿真
[0038]全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平中每個橋臂所有不控全橋功率模塊由四只二極管D1' D2,D3、D4和第一電壓源S i表示。第一電壓源S i的電壓Usi為橋臂中所有不控全橋功率模塊電容電壓Uci，Uc2，, Uai之和，假設(shè)橋臂有M個不控全橋功率模塊，M彡I且為整數(shù)。
[0039]Usi = U Ci+Ug2+-..+Ucm
[0040]每個模塊電容的電壓U。經(jīng)下式計算得出:
[0041]Uc(k+1) = Uc(k) +|ij TsCf
[0042]其中，Uc(k)為第k拍計算值，Uc(k+Ι)為第k+Ι拍計算值，ia為橋臂電流，Cf為電容值，Ts為計算步長。
[0043]本發(fā)明等效電路可模擬所有不控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程，當(dāng)橋臂中沒有受控模塊時，可實現(xiàn)橋臂在不控工況下的電磁暫態(tài)仿真。
[0044](2)受控工況下的電磁暫態(tài)仿真
[0045]全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器中每個橋臂所有受控全橋功率模塊由第二電壓源S2表示，第二電壓源S2的電壓Us2為橋臂中所有受控全橋功率模塊輸出電壓Ukh, Uc02,...，Uot之和，假設(shè)橋臂具有P個受控全橋功率模塊，P ^ I且為整數(shù):
[0046]Us2 — U CQi+Ucci2+...+Ucop
[0047]每個模塊的輸出電壓Uro由模塊電容電壓U。及第一開關(guān)器件K 1、第二開關(guān)器件K2、第三開關(guān)器件1和第四開關(guān)器件K 4的開關(guān)狀態(tài)決定，分析如下:
[0048]當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件&和第四開關(guān)器件K 4為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件K 2和第三開關(guān)器件K3為關(guān)閉狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓U C0= U ^當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件K jp第四開關(guān)器件K4為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件K 2和第三開關(guān)器件K 3為開通狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓U co=-U。;第一開關(guān)器件K jp第三開關(guān)器件K 3為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件K 2和第四開關(guān)器件K4為關(guān)閉狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓Ucm= O ;第一開關(guān)器件K1和第三開關(guān)器件K3為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件Kjp第四開關(guān)器件K 4為開通狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓U ω= O。
[0049]所述的模塊電容電壓隊經(jīng)下式計算得出:
[0050]Uc (k+1) = Uc (k) +fx (i a) TsCf
[0051]其中，Uc(k)為第k拍計算值，Uc(k+1)為第k+1拍計算值，ia為橋臂電流，Cf為電容值，Ts為計算步長，fx為計算方法。
[0052]電容電流計算方法仁可描述為:當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件K 第四開關(guān)器件K 4為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件KjP第三開關(guān)器件K 3為關(guān)閉狀態(tài)，電容電流為i a;i第一開關(guān)器件K #口第四開關(guān)器件K4為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件K 2和第三開關(guān)器件K 3為開通狀態(tài)，電容電流為-1a;第一開關(guān)器件K jp第三開關(guān)器件K 3為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件K 2和第四開關(guān)器件K4為關(guān)閉狀態(tài)，電容電流為O ;第一開關(guān)器件K jp第三開關(guān)器件K 3為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件Kjp第四開關(guān)器件K 4為開通狀態(tài)，電容電流為O。
[0053]該等效電路可模擬橋臂中所有受控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程，當(dāng)橋臂中沒有不控模塊時，可實現(xiàn)橋臂在受控工況下的電磁暫態(tài)仿真。
[0054](3)故障工況下的電磁暫態(tài)仿真
[0055]全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器所有模塊分別不控狀態(tài)和受控狀態(tài)兩種，采用本發(fā)明的橋臂等效電路可同時模擬不控全橋功率模塊和受控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程。對全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器，可實現(xiàn)少數(shù)模塊發(fā)生故障狀態(tài)、不控狀態(tài)、受控狀態(tài)工況下的快速仿真。
【主權(quán)項】
1.一種全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于，所述的橋臂等效電路包括四只二極管(D1、D2、D3、D4)，二個電壓源(S1、S2)，橋臂電抗(X1)，以及橋臂上下端接線端子(A+、A_);其中，第一二極管(D1)的陽極與第二二極管(D2)的陰極相連接，連接點為橋臂上端正接線端子(A+);第一二極管(D1)的陰極與第二二極管(D3)的陰極及第一電壓源(S1)的一端相連接，第二二極管(D2)的陽極與第四二極管(D4)的陽極及第一電壓源(S1)的另一端相連接；第三二極管(D3)的陽極與第四二極管(D4)陰極及第二電壓源(S2)的一端相連接；橋臂電抗(X1)的一端與第一電壓源(S1)的另一端相連接，橋臂電抗(X1)的另一端為橋臂下端負(fù)接線端子(AJ ;所述橋臂等效電路中，第一電壓源(S1)的電壓為橋臂中所有不控全橋功率模塊電容電壓之和，第二電壓源(S2)的電壓為橋臂中所有受控全橋功率模塊輸出電壓之和。 所述橋臂等效電路能夠描述橋臂中既包含不控全橋功率模塊又包含受控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程，實現(xiàn)全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器在不控狀態(tài)、受控狀態(tài)以及少數(shù)全橋功率模塊發(fā)生故障狀態(tài)工況下的仿真。
2.如權(quán)利要求1所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂中所有不控全橋功率模塊由四只二極管(Dp D2, D3、D4)和第一電壓源(S1)表示，模擬橋臂中所有不控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程；當(dāng)全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂中沒有受控全橋功率模塊時，所述的橋臂等效電路實現(xiàn)橋臂在不控工況下的電磁暫態(tài)仿真。
3.如權(quán)利要求2所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于所述的等效電路模擬的橋臂中所有不控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程如下: 所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平變流器中，第一電壓源的電壓Usi為橋臂中所有不控全橋功率模塊電容電壓ua，Ue2，...，Ucm之和，假設(shè)橋臂有M個不控全橋功率模塊，M多I且為整數(shù)， Usi — U ci+Uc2+...+Ucm 每個全橋功率模塊電容的電壓U。經(jīng)下式計算得出: Uc(k+1) = uc (k) +Iia I TsCf 其中，％(k)為第k拍的每個全橋功率模塊的模塊電容電壓計算值，％(k+l)為第k+1拍的每個全橋功率模塊的模塊電容電壓計算值，ia為橋臂電流，Cf為每個全橋功率模塊電容值，Ts為計算步長。
4.如權(quán)利要求1所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂中所有受控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程由第二電壓源(S2)表示；當(dāng)全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂中沒有不控模塊時，所述的橋臂等效電路實現(xiàn)橋臂在受控工況下的電磁暫態(tài)仿真。
5.如權(quán)利要求4所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于所述的橋臂等效電路模擬橋臂中所有受控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)過程如下: 所述的第二電壓源的電壓Us2為橋臂中所有受控全橋功率模塊輸出電壓Uan, Uc02,...，Uot之和，假設(shè)橋臂具有P個受控全橋功率模塊，P ^ I且為整數(shù): Us2 — U COl+U⑶2+...+Ucop 每個全橋功率模塊的模塊的輸出電壓U?由每個全橋功率的模塊電容電壓U。及第一開關(guān)器件(K1)、第二開關(guān)器件(K2)、第三開關(guān)器件(K3)和第四開關(guān)器件(K4)的開關(guān)狀態(tài)決定，具體如下: 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件(K1)和第四開關(guān)器件(K4)為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第三開關(guān)器件(K3)為關(guān)閉狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓為Uc;當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件(K1)和第四開關(guān)器件(K4)為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第三開關(guān)器件(K3)為開通狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓為-U。;第一開關(guān)器件(K1)和第三開關(guān)器件(K3)為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第四開關(guān)器件(K4)為關(guān)閉狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓為O ;第一開關(guān)器件(K1)和第三開關(guān)器件(K3)為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第四開關(guān)器件(K4)為開通狀態(tài)，全橋功率模塊輸出電壓為O。
6.如權(quán)利要求5所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于所述的全橋功率模塊的電容電壓隊經(jīng)下式計算得出: Uc (k+1) = Uc (k)+fx (Ia)TsCf 其中，Uc(k)為每個全橋功率模塊的電容電壓第k拍計算值，Uc(k+1)為每個全橋功率模塊的電容電壓第k+1拍計算值，ia為橋臂電流，C f為每個全橋功率模塊的電容值，T s為計算步長，fx為電容電流計算方法； 所述的電容電流計算方法fx為，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件(K1)和第四開關(guān)器件(K4)為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第三開關(guān)器件(K3)為關(guān)閉狀態(tài)，全橋功率模塊的電容電流為ia;當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件(K1)和第四開關(guān)器件(K4)為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第三開關(guān)器件(K3)為開通狀態(tài)，每個全橋功率模塊的電容電流為-1a;第一開關(guān)器件(K1)和第三開關(guān)器件(K3)為開通狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第四開關(guān)器件(K4)為關(guān)閉狀態(tài)，全橋功率模塊的電容電流為O ;第一開關(guān)器件(K1)和第三開關(guān)器件(K3)為關(guān)閉狀態(tài)，第二開關(guān)器件(K2)和第四開關(guān)器件(K4)為開通狀態(tài)，全橋功率模塊的電容電流為O。
7.如權(quán)利要求1所述的全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，其特征在于所述的橋臂等效電路能夠同時模擬橋臂中所有不控全橋功率模塊和受控全橋功率模塊的電磁暫態(tài)特征；當(dāng)運行過程中全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂有少數(shù)模塊發(fā)生故障，能夠?qū)崿F(xiàn)全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器在故障狀態(tài)時的電磁暫態(tài)仿真。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器橋臂等效電路，所述橋臂等效電路將橋臂中的全橋功率模塊分類為受控模塊和不控模塊兩類，橋臂中所有受控模塊等效為第二電壓源(S2)，橋臂中所有不控模塊等效為四只二極管(D1，D2，D3，D4)及第一電壓源(S1)。所述橋臂等效電路可仿真橋臂中既包含不控模塊又包含受控模塊工況下的電磁暫態(tài)過程，實現(xiàn)全橋結(jié)構(gòu)模塊化多電平換流器在不控狀態(tài)、受控狀態(tài)、少數(shù)模塊發(fā)生故障狀態(tài)下的快速仿真。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104866656
【申請?zhí)枴緾N201510237501
【發(fā)明人】徐飛, 李耀華, 王平, 李子欣, 高范強
【申請人】中國科學(xué)院電工研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月12日