技術(shù)特征：

1.一種基于相似判據(jù)的MMC換流閥動(dòng)模系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，所述方法中的模塊化多電平換流器由A、B、C三相構(gòu)成，每相由串聯(lián)的結(jié)構(gòu)相同的上下兩橋臂構(gòu)成；上下兩橋臂的中點(diǎn)處連接模塊化多電平換流器的交流端；

所述上下兩橋臂中每個(gè)橋臂包括1個(gè)電抗器和N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端與模塊化多電平換流器的交流端連接；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后另一端串聯(lián)電抗器后與另兩相橋臂的電抗器連接，形成所述模塊化多電平換流器直流端的正負(fù)極母線；

每個(gè)子模塊包括上下兩個(gè)全控型電力電子器件IGBT；

其特征在于，所述方法包括下述步驟：

1)建立MMC換流閥等效模型；

2)確定MMC換流閥相似判據(jù)；

3)設(shè)計(jì)MMC換流閥動(dòng)模系統(tǒng)參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟1)中，用低壓物理模擬裝置來(lái)仿真實(shí)際工程，基于相似性定理和開(kāi)關(guān)函數(shù)建立MMC換流閥等效模型，所述相似定理指出指的是兩個(gè)相似的系統(tǒng)要具有相同的相似判據(jù)，即兩個(gè)系統(tǒng)相似，則其對(duì)應(yīng)變量和參數(shù)在整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中分別保持一個(gè)固定的比例，即模擬比；

根據(jù)MMC換流閥子模塊的工作原理，用開(kāi)關(guān)函數(shù)模擬MMC子模塊的投切狀態(tài)；

其中，S表示開(kāi)關(guān)函數(shù)，T1和T2分別表示MMC子模塊的上下兩個(gè)全控型電力電子器件IGBT，用開(kāi)關(guān)函數(shù)表示的流過(guò)子模塊的電流滿足如下關(guān)系：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{i1}=\frac{C_0}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i1j}}\·\frac{{\mathrm{du}}_{i1}}{dt}\\ i_{i2}=\frac{C_0}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_{i2j}}\·\frac{{\mathrm{du}}_{i2}}{dt}\end{array}\right.i=(a,b,c)---\left(1\right)$

其中，i_i1和i_i2分別表示MMC第i相上橋臂和下橋臂電流；u_i1，u_i2是指每相上、下橋臂所有子模塊電容電壓之和；S_i1j表示i相上橋臂第j個(gè)子模塊的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，S_i2j表示i相下橋臂第j個(gè)子模塊的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；n表示每個(gè)橋臂的子模塊數(shù)，C₀表示子模塊電容；

MMC換流閥上下橋臂對(duì)稱設(shè)計(jì)，則有：

L₁＝L₂＝L_s (2)

其中：L₁、L₂、L_s表示A、B、C三相每相的橋臂電感；

上下橋臂分別應(yīng)用基爾霍夫電壓定律，分別得到MMC的微分方程組：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2}{u}_{dc}+R_d{i}_{dc}+L_S\frac{{\mathrm{di}}_{i1}}{dt}-u_{i1}=u_{vi}\\ -\frac{1}{2}{u}_{dc}-R_d{i}_{dc}-L_S\frac{{\mathrm{di}}_{i2}}{dt}+u_{i2}=u_{vi}\end{array}\right.---\left(3\right)$

MMC換流閥三個(gè)相單元對(duì)稱設(shè)計(jì)，每個(gè)相單元流過(guò)的直流電流為i_dc/3；另由上下橋臂電抗器相同，故交流電流i_i在上下橋臂均分，有：

$\begin{array}{cc}{i}_{i1}=\frac{1}{2}{i}_i+\frac{1}{3}{i}_{dc},& i_{i2}=\frac{1}{3}{i}_{dc}-\frac{1}{2}{i}_i\end{array}---\left(4\right)$

將式(4)代入式(3)，并將式(3)中的兩式相減得：

$\frac{{\mathrm{di}}_{dc}}{dt}=\frac{3}{2L_S}(u_{i1}+u_{i2})-\frac{3}{2L_S}{u}_{dc}-\frac{3R_d}{L_S}{i}_{dc}---\left(5\right)$

又由式(1)得：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{i1}=\∫\frac{i_{i1}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i1j}}{C_0}dt\\ u_{i2}=\∫\frac{i_{i2}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i2j}}{C_0}dt\end{array}\right.i=(a,b,c)---\left(6\right)$

將式(6)代入式(5)中得：

$\frac{{\mathrm{di}}_{dc}}{dt}=\frac{3}{2L_S}\[(\∫\frac{i_{i1}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i1j}}{C_0}dt+\∫\frac{i_{i2}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{i2j}}{C_0}dt)-u_{dc}\]-\frac{3R_d}{L_S}{i}_{dc}---\left(7\right)$

設(shè)某時(shí)刻上橋臂有x個(gè)子模塊投入，則為保證直流電壓恒定，下橋臂應(yīng)有n-x個(gè)子模塊投入，即

$\begin{array}{cc}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_{i1j}=x,& \underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_{i2j}=n-x\end{array}$

將上帶入式(5)，得到基于開(kāi)關(guān)函數(shù)的MMC動(dòng)態(tài)物理模擬系統(tǒng)換流閥等效模型：

$2L_S\frac{{\mathrm{di}}_{dc}}{dt}=3\[(\∫\frac{x\·i_i+{\mathrm{ni}}_{i2}}{C_0}dt)-u_{dc}\]-6R_d{i}_{dc}---\left(8\right)$

其中：i_dc為三個(gè)相單元流過(guò)的直流電流的總和；u_dc為相單元的相電壓；R_d為直流電阻；i_i為交流電流。

3.如權(quán)利要求1所述的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2)中，采用積分相似法，將步驟1)中式(6)整理成無(wú)量綱形式，即等式兩邊同時(shí)除以6R_di_dc得：

$\frac{1}{3}\frac{L_S}{{\mathrm{tR}}_d}=\frac{{\mathrm{ni}}_{i2}\·t}{2C_0{R}_d{i}_{dc}}+\[(\frac{x\·t\·i_i}{2C_0{R}_d{i}_{dc}}-u_{dc}/2R_d{i}_{dc}\]-1---\left(7\right)$

定義交直流側(cè)電流調(diào)制比為：

$m=\frac{I_i/2}{I_{dc}/3}---\left(8\right)$

其中：t表示時(shí)間，I_i和I_dc分別為MMC交流側(cè)輸出線電流峰值和直流電流；假設(shè)交流電流和直流電流在每個(gè)控制周期內(nèi)保持電流調(diào)制比，則根據(jù)式(6)和(9)將式(11)近似寫成：

$\frac{1}{3}\frac{L_S}{{\mathrm{tR}}_d}=\frac{(1+m)n\·t}{6C_0{R}_d}+\[(\frac{m\·x\·t}{3C_0{R}_d}-u_{dc}/2R_d{i}_{dc}\]-1---\left(9\right)$

對(duì)于MMC動(dòng)態(tài)物理模擬系統(tǒng)和實(shí)際工程的兩組不同的變量參數(shù)分別列出其如式(11)的表達(dá)式：

$\frac{1}{3}\frac{L_{S1}}{t_1{R}_{d1}}=\frac{(m+1)n\·t_1}{6C_{01}{R}_{d1}}+\[(\frac{m\·x\·t_1}{3C_{01}{R}_{d1}}-u_{dc1})/2R_{d1}{i}_{dc1}\]-1---\left(10\right)$

$\frac{1}{3}\frac{L_{S2}}{t_2{R}_{d2}}=\frac{(m+1)n\·t_2}{6C_{02}{R}_{d2}}+\[(\frac{m\·x\·t_2}{3C_{02}{R}_{d2}}-u_{dc2})/2R_{d2}{i}_{dc2}\]-1---\left(11\right)$

上兩式中下標(biāo)1代表實(shí)際工程參數(shù)，下標(biāo)2代表動(dòng)模系統(tǒng)參數(shù)；由相似定理，若兩個(gè)電路的物理過(guò)程相似，則必在各對(duì)應(yīng)的物理量之間存在著比例關(guān)系；表示為：L_S1＝k_LL_S2；C₀₁＝k_cC₀₂；u_dc1＝k_uu_dc2；t₁＝k_tt₂；i_dc1＝k_ii_dc2；R_d1＝k_RR_d2；

由此，式(10)寫成：

$\frac{k_L}{k_t{k}_R}\frac{L_{S2}}{3t_2{R}_{d2}}=\frac{k_t}{k_R{k}_c}\frac{(m+1)n\·t_2}{6C_{02}{R}_{d2}}+\[(\frac{k_t}{k_R{k}_c}\frac{m\·x\·t_2}{3C_{02}{R}_{d2}}-\frac{k_u}{k_i{k}_R}\frac{u_{dc2}}{2R_{d2}{i}_{dc2}}\]-1---\left(12\right)$

當(dāng)動(dòng)模系統(tǒng)和實(shí)際工程上橋臂子模塊投入數(shù)x相同時(shí)，若兩電路相似，則兩電路過(guò)程由同一微分方程描述，即必有：

$\begin{array}{ccc}\frac{k_u}{k_i{k}_R}=1,& \frac{k_L}{k_R{k}_t}=1,& \frac{k_t}{k_c{k}_R}=1\end{array}---\left(13\right)$

相似常數(shù)即模擬比受到式(13)的約束限制；

得到基于相似性理論的MMC換流閥相似判據(jù)的推導(dǎo)方式為：

$\begin{array}{ccc}{\mathrm{\π}}_1=\frac{u_{dc}}{R_d{i}_{dc}},& {\mathrm{\π}}_2=\frac{L_S}{R_{d}t},& {\mathrm{\π}}_3=\frac{t}{R_d{C}_0}=\frac{t}{{\mathrm{xR}}_d{C}_{01}}\end{array}---\left(14\right)$

其中：k_L、k_c、k_u、k_t、k_i、k_R分別表示MMC動(dòng)態(tài)物理模擬系統(tǒng)和實(shí)際工程的電感、電容、電壓、時(shí)間、電流、電阻的比例系數(shù)，π₁為直流電阻的相似判據(jù)；π₂為橋臂電抗器的相 似判據(jù)；π₃為子模塊電容的相似判據(jù)。

4.如權(quán)利要求1所述的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟3)中，設(shè)計(jì)MMC換流閥動(dòng)模系統(tǒng)參數(shù)包括：

①容量比和電壓比選擇方式為從而電流比和電抗比隨之確定$\begin{array}{cc}{N}_I=\frac{N_S}{N_V},& N_Z=\frac{N_V}{N_I}\end{array};$

②其中聯(lián)接變壓器閥側(cè)電壓U_c，即計(jì)算MMC換流閥輸出側(cè)相電壓的公式為：$U_c=m\sqrt{3}{U}_{dc}/\sqrt{2};$

③根據(jù)相似判據(jù)π₁得到直流電阻R_d2：

u_dc1/R_d1i_dc1＝u_dc2/R_d2i_dc2

④橋臂電抗器L_S1和平波電抗器參數(shù)L_S2：

根據(jù)相似判據(jù)π₂，結(jié)合等時(shí)間常數(shù)原則，在相同的時(shí)間尺度下有：

L_S1/R_d1＝L_S2/R_d2

⑤子模塊電容參數(shù)：為了保證等效性，將子模塊電容值選擇與實(shí)際工程相同，且與根據(jù)相似判據(jù)π₃計(jì)算結(jié)果近似相等；

其中：N_S和N_V分別表示MMC動(dòng)態(tài)物理模擬系統(tǒng)和實(shí)際工程的容量比和電壓比，S_sim和V_sim表示動(dòng)態(tài)物理模擬系統(tǒng)的額定容量和額定電壓；S_工程、V_工程表示實(shí)際工程的額定容量和額定電壓；N_I和N_Z分別表示電流比和電抗比；L_S1和L_S2分別表示實(shí)際工程和MMC換流閥動(dòng)模系統(tǒng)的橋臂電抗器和平波電抗器；R_d1和R_d2分別表示實(shí)際工程和MMC換流閥動(dòng)模系統(tǒng)的直流電阻。