模块化多电平换流器的桥臂聚合模型

发布时间：2021-12-11 04:48

　　模块化多电平换流器（MMC）在新能源并网、岛屿供电等方面具有独特的优势,得到了越来越广泛的应用.由于MMC子模块数众多,导致其电磁暂态仿真计算量大、耗时多,增加了MMC设计和优化的难度,更不利于含MMC电力系统的电磁稳定性仿真分析,因此需要建立准确高效的仿真模型以便于对系统不同的运行方式和工况进行分析.依据MMC子模块工作模态,分析了MMC桥臂的工作模式,建立了一种可适用于系统级分析的桥臂聚合模型,推导了其参数的计算方法.最后在PSCAD/EMTDC中搭建了一个49电平MMC详细电磁暂态模型及其等效聚合模型,对比了两种模型在VSC-HVDC的启动、运行、故障时的动态过程.结果表明,所提出的MMC聚合模型可以精确模拟各种工况下MMC的系统级行为. 

【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

模块化多电平换流器的拓扑结构

根据电流通路,MMC子模块可分为4种工作模态,具体如图2所示.MMC子模块闭锁时可工作于模态1、模态2,当其正常运行时,子模块的2个IGBT交替导通,可以工作于全部4种模态. 当子模块工作于模态1和模态3时,其输出电压为0;当子模块工作于模态2和模态4时,其输出电压为子模块的电容电压.

图3给出了MMC-HVDC系统的结构[3-4],双端MMC-HVDC系统中,MMC的调制策略和模块电容电压均衡策略均是保证MMC稳定运行的必要条件. 常用的调制策略有最近电平逼近、载波重叠和载波移相等[5],根据调制策略产生的开关信号来确定投入子模块的数量,从而决定此刻MMC各桥臂的输出电压. 子模块电容均压是根据各个子模块的电容电压进行排序,结合桥臂电流方向决定选择导通和旁路的子模块从而保证每个子模块电容电压的稳定与均衡[6]. 在MMC运行过程中,三相上下桥臂处于投入状态的子模块的数目之和相等且维持不变,以保证直流母线电压的稳定. 利用适当的调制策略和均压策略,可以输出预期的三相交流电压并实现系统的正常稳定运行.在实际的MMC-HVDC系统中,子模块数量众多,每个桥臂若均采用详细模型进行电磁暂态仿真,则会因含有大量的电力电子器件使仿真速度非常缓慢[7]. 为了提高仿真速度,可以从拓扑上或数值计算模型上进行等效化简,以在准确仿真MMC暂态过程的情况下,大幅度提高模型暂态过程仿真求解速度[8-9]. 通过对数值计算模型简化,可以减少计算量,以提高计算速度,周阳等[10]建立了历史电流源递推公式,蒋霖等[11]建立了MMC等值电磁暂态仿真模型和MMC平均值仿真模型,但是此方法建模过程复杂,变量繁多,而且模型十分抽象. 通过对拓扑的化简,可以更直观地建立速度更快的仿真模型,许建中等[12]通过将MMC的桥臂、子模块分别用等效模型替代,以提高求解速度. 但是对于模块数庞大的系统,此方法搭建模型的过程会变得十分庞杂. 本文提出的MMC的桥臂聚合模型,从数值计算的原理出发,利用拓扑简化的方法,建立桥臂的等效模型,可以提高仿真模型求解速度,同时让模型搭建工作变得简洁直观.

【参考文献】：
期刊论文
[1]可仿真任意工况的MMC等值电磁暂态仿真模型与平均值模型[J]. 蒋霖,周诗嘉,李子寿,向往,胡济洲,程杰,文劲宇.  南方电网技术. 2016(02)
[2]MMC电磁暂态快速仿真模型[J]. 周阳,常非.  电力系统保护与控制. 2016(01)
[3]超大规模MMC电磁暂态仿真提速模型[J]. 许建中,赵成勇,刘文静.  中国电机工程学报. 2013(10)



本文编号：3534037