模塊化多電平換流器（MMC）在新能源并網(wǎng)、島嶼供電等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.由于MMC子模塊數(shù)眾多,導(dǎo)致其電磁暫態(tài)仿真計(jì)算量大、耗時(shí)多,增加了MMC設(shè)計(jì)和優(yōu)化的難度,更不利于含MMC電力系統(tǒng)的電磁穩(wěn)定性仿真分析,因此需要建立準(zhǔn)確高效的仿真模型以便于對(duì)系統(tǒng)不同的運(yùn)行方式和工況進(jìn)行分析.依據(jù)MMC子模塊工作模態(tài),分析了MMC橋臂的工作模式,建立了一種可適用于系統(tǒng)級(jí)分析的橋臂聚合模型,推導(dǎo)了其參數(shù)的計(jì)算方法.最后在PSCAD/EMTDC中搭建了一個(gè)49電平MMC詳細(xì)電磁暫態(tài)模型及其等效聚合模型,對(duì)比了兩種模型在VSC-HVDC的啟動(dòng)、運(yùn)行、故障時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程.結(jié)果表明,所提出的MMC聚合模型可以精確模擬各種工況下MMC的系統(tǒng)級(jí)行為. 

【文章來(lái)源】：北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(10)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

模塊化多電平換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)電流通路,MMC子模塊可分為4種工作模態(tài),具體如圖2所示.MMC子模塊閉鎖時(shí)可工作于模態(tài)1、模態(tài)2,當(dāng)其正常運(yùn)行時(shí),子模塊的2個(gè)IGBT交替導(dǎo)通,可以工作于全部4種模態(tài). 當(dāng)子模塊工作于模態(tài)1和模態(tài)3時(shí),其輸出電壓為0;當(dāng)子模塊工作于模態(tài)2和模態(tài)4時(shí),其輸出電壓為子模塊的電容電壓.

圖3給出了MMC-HVDC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[3-4],雙端MMC-HVDC系統(tǒng)中,MMC的調(diào)制策略和模塊電容電壓均衡策略均是保證MMC穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件. 常用的調(diào)制策略有最近電平逼近、載波重疊和載波移相等[5],根據(jù)調(diào)制策略產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)確定投入子模塊的數(shù)量,從而決定此刻MMC各橋臂的輸出電壓. 子模塊電容均壓是根據(jù)各個(gè)子模塊的電容電壓進(jìn)行排序,結(jié)合橋臂電流方向決定選擇導(dǎo)通和旁路的子模塊從而保證每個(gè)子模塊電容電壓的穩(wěn)定與均衡[6]. 在MMC運(yùn)行過(guò)程中,三相上下橋臂處于投入狀態(tài)的子模塊的數(shù)目之和相等且維持不變,以保證直流母線電壓的穩(wěn)定. 利用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制策略和均壓策略,可以輸出預(yù)期的三相交流電壓并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行.在實(shí)際的MMC-HVDC系統(tǒng)中,子模塊數(shù)量眾多,每個(gè)橋臂若均采用詳細(xì)模型進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真,則會(huì)因含有大量的電力電子器件使仿真速度非常緩慢[7]. 為了提高仿真速度,可以從拓?fù)渖匣驍?shù)值計(jì)算模型上進(jìn)行等效化簡(jiǎn),以在準(zhǔn)確仿真MMC暫態(tài)過(guò)程的情況下,大幅度提高模型暫態(tài)過(guò)程仿真求解速度[8-9]. 通過(guò)對(duì)數(shù)值計(jì)算模型簡(jiǎn)化,可以減少計(jì)算量,以提高計(jì)算速度,周陽(yáng)等[10]建立了歷史電流源遞推公式,蔣霖等[11]建立了MMC等值電磁暫態(tài)仿真模型和MMC平均值仿真模型,但是此方法建模過(guò)程復(fù)雜,變量繁多,而且模型十分抽象. 通過(guò)對(duì)拓?fù)涞幕?jiǎn),可以更直觀地建立速度更快的仿真模型,許建中等[12]通過(guò)將MMC的橋臂、子模塊分別用等效模型替代,以提高求解速度. 但是對(duì)于模塊數(shù)龐大的系統(tǒng),此方法搭建模型的過(guò)程會(huì)變得十分龐雜. 本文提出的MMC的橋臂聚合模型,從數(shù)值計(jì)算的原理出發(fā),利用拓?fù)浜?jiǎn)化的方法,建立橋臂的等效模型,可以提高仿真模型求解速度,同時(shí)讓模型搭建工作變得簡(jiǎn)潔直觀.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]可仿真任意工況的MMC等值電磁暫態(tài)仿真模型與平均值模型[J]. 蔣霖,周詩(shī)嘉,李子壽,向往,胡濟(jì)洲,程杰,文勁宇.  南方電網(wǎng)技術(shù). 2016(02)
[2]MMC電磁暫態(tài)快速仿真模型[J]. 周陽(yáng),常非.  電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2016(01)
[3]超大規(guī)模MMC電磁暫態(tài)仿真提速模型[J]. 許建中,趙成勇,劉文靜.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2013(10)



本文編號(hào)：3534037