一种模块化多电平换流器宽频建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化多电平换流器宽频建模方法，涉及电力系统柔性直流输电中换流器的技术领域。
【背景技术】
[0002]随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。模块化多电平换流器是柔性直流输电系统应用于电压源换流器的一种，主要是通过分别控制各个子模块IGBT组件的投入和切除状态，使换流器输出的交流电压逼近正弦波，从而实现能量的高效传输。在目前针对模块化多电平换流器系统特性的研究上，主要采用基于详细电磁暂态模型搭建仿真系统进行仿真，但是，现有技术却忽略了影响系统运行特性的一些因素，从而导致仿真结果与实际系统差别较大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种模块化多电平换流器宽频建模方法，解决了模块化多电平换流器宽频模型仿真精确程度差的问题。
[0004]本发明是通过如下方案予以实现的:
[0005]—种模块化多电平换流器宽频建模方法，所述的模块化多电平换流器的宽频模型由桥臂电抗器和至少两个阀塔级联组成，每个阀塔由至少两个子模块级联而成；其中，桥臂电抗器由理想电抗器与等效电阻组成的串联支路和寄生电容并联而成，子模块电容为理想电容器与其引线电感和引线电阻串联而成，阀塔的进出线之间接有寄生电容。
[0006]进一步的，所述的阀塔进出线对地之间连有杂散电容和杂散电阻。
[0007]进一步的，所述的子模块为半桥子模块、箝位双子模块或全桥子模块。
[0008]本发明和现有技术相比的有益效果是:
[0009]现有技术中基于详细电磁暂态模型搭建的仿真系统中，忽略了影响系统运行特性的一些因素，造成仿真结果并不精确。本发明提出了一种模块化多电平换流器宽频建模方法，考虑到模块化多电平换流器中的桥臂电抗器都会存在一些寄生元件，而且阀塔进出线一般都采用铜排作为连接导线，铜排相对于大地、铜排之间也都会存在一些寄生元件，在建立宽频模型的过程中，充分考虑到寄生元件的影响，从而使建立的多电平换流器宽频模型更贴近实际系统，精确程度更高。
[0010]本发明还考虑阀塔进出线对地的杂散电容与杂散电阻的影响，使模块化多电平换流器系统的宽频模型的仿真结果更为精确。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例的模块化多电平换流器宽频模型结构图；
[0012]图2是本发明实施例的宽频模型与详细电磁暂态模型功率潮流控制的仿真波形；
[0013]a为宽频模型功率潮流控制的仿真波形，b为详细电磁暂态模型功率潮流控制的仿真波形；
[0014]图3是本发明实施例的宽频模型与详细电磁暂态模型一个桥臂的雷击过电压仿真波形；
[0015]c为宽频模型的一个桥臂的雷击过电压仿真波形，d为详细电磁暂态模型一个桥臂的雷击过电压仿真波形；
[0016]图4是本发明实施例的宽频模型软启过程的仿真波形；
[0017]e为宽频模型软启过程的仿真波形，f为宽频模型软启过程的细节波形；
[0018]图5是本发明实施例的详细电磁暂态模型软启过程的仿真波形；
[0019]g是详细电磁暂态模型软启过程的仿真波形；h是详细电磁暂态模型软启过程的仿真波形。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0021 ](一)、一种模块化多电平换流器宽频建模方法:
[0022]如图1所示，所述的模块化多电平换流器的宽频模型由桥臂电抗器和多个阀塔级联组成，每个阀塔又由多个子模块级联而成；其中，桥臂电抗器为理想电抗器与等效电阻组成的串联支路和寄生电容并联而成，子模块电容为理想电容器与其引线电感和引线电阻串联而成，阀塔的进出线之间接有寄生电容，阀塔进出线对地接有杂散电容和杂散电阻。
[0023]下面对模块化多电平换流器的宽频模型的各个部分进行详细阐述:
[0024](1)桥臂电抗器
[0025]桥臂电抗器由导线缠绕而成，桥臂电抗器包含一部分等效电阻，桥臂电抗器进出线铜排之间也存在寄生电容。本发明建立的桥臂电抗器宽频模型为理想电抗器和等效电阻组成的串联支路与寄生电容并联而成。
[0026](2)子模块电容
[0027]所述子模块电容为金属薄膜电容，由于实际产品中进出线之间还存在引线电感及引线电阻。因此，所述的子模块电容为理想电容器与其引线电感和引线电阻串联而成。
[0028](3)阀塔
[0029]模块化多电平换流器的每个桥臂都由多个阀塔组成，每个阀塔又由多个子模块级联而成；阀塔进出线铜排之间存在寄生电容、阀塔进出线铜排对地存在杂散电容和杂散电阻。
[0030](4)子模块
[0031]模块化多电平换流器中的子模块的类型为半桥子模块、箝位双子模块或全桥子模块。
[0032]( 二)、模块化多电平换流器的宽频模型的仿真实验
[0033]本发明基于模块化多电平换流器宽频模型的仿真实验中，双端仿真系统直流母线电压为2400V，容量为20kW，交流阀侧线电压有效值为1400V，每个桥臂有20个子模块，包括4个半桥子模块、7个箝位双子模块、2个全桥子模块，子模块电容为lmF，电容额定工作电压为120V，桥臂电抗器为50mH，每个桥臂包含3个阀塔，阀塔中子模块的个数分别为4个半桥子模块和1个箝位双子模块、3个箝位双子模块、3个箝位双子模块和2个全桥子模块。
[0034]桥臂电抗器等效电阻为0.314Ω，寄生电容较小，可以选择忽略不计。子模块电容的引线电感为28nH，引线电阻为1.26Ω。阀塔进出线间寄生电容为50pF，阀塔进出线对地杂散电容为InF，杂散电阻为1θ9Ω。
[0035]本实施例的仿真实验包括:功率潮流控制特性验证、雷击过电压特性验证和自然软启过程特性验证。其中，通过对比模块化多电平换流器的宽频模型和详细电磁暂态模型，从而验证所述的宽频模型的特性。
[0036](1)、功率潮流控制特性:
[0037]所述的宽频模型和详细电磁暂态模型仿真时长都为3s，仿真结果如图2所示，本实施例仅给出恒压站功率波形。所述的宽频模型和详细电磁暂态模型的控制特性基本相同。
[0038](2)、雷击过电压特性:
[0039]本实施例中，通过对模块化多电平换流器施加雷击过电压，对比所述的宽频模型和详细电磁暂态模型的雷击电压特性如图3所示，施加雷电冲击电压过程中，波前半段电压变化基本相同，直至分布在桥臂上的所有子模块两端的电压达到最大值之后出现差异，宽频模型由于杂散电容的电压钳位作用，阀塔进出线对地电压缓慢降低；详细电磁暂态模型阀塔进出线对地电压随着雷电冲击电压降低而降低，且均匀分布。
[0040](3)、自然软启过程特性:
[0041]如图4、5所示，通过观察所述的宽频模型和详细电磁暂态模型的软启过程波形，宽频模型中不同阀塔的箝位子模块电容电压出现差异、且不同于详细电磁暂态模型，通过分析可知，这是由于宽频模型中的杂散元件所造成的影响，从而验证了建立模块化多平换流器的宽频模型需要考虑到寄生元件的影响因素。
[0042]本实施例的模块化多电平换流器的子模块采用多个半桥子模块、箝位双子模块或全桥子模块，实现能量的高效传输。作为其他实施方式，可以根据实际电能传输的需求，可以选取不同的类型子模块进行组合。
[0043]在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种模块化多电平换流器宽频建模方法，其特征在于，所述的模块化多电平换流器的宽频模型由桥臂电抗器和至少两个阀塔级联组成，每个阀塔由至少两个子模块级联而成；其中，桥臂电抗器由理想电抗器与等效电阻组成的串联支路和寄生电容并联而成，子模块电容为理想电容器与其引线电感和引线电阻串联而成，阀塔的进出线之间接有寄生电容。2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器宽频建模方法，其特征在于，所述的阀塔进出线对地之间连有杂散电容和杂散电阻。3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器宽频建模方法，其特征在于，所述的子模块为半桥子模块、箝位双子模块或全桥子模块。
【专利摘要】本发明涉及一种模块化多电平换流器宽频建模方法，模块化多电平换流器的宽频模型由桥臂电抗器和至少两个阀塔级联组成，每个阀塔由至少两个子模块级联而成。其中，桥臂电抗器由理想电抗器与等效电阻组成的串联支路和寄生电容并联而成。子模块电容为理想电容器与其引线电感和引线电阻串联而成，阀塔的进出线之间接有寄生电容。本发明在建立宽频模型的过程中，充分考虑到寄生元件的影响，从而使建立的模块化多电平换流器宽频模型更贴近实际系统，精确程度更高。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105426579
【申请号】CN201510735759
【发明人】行登江, 张军, 赵成功, 吴金龙, 王先为
【申请人】许继电气股份有限公司, 西安许继电力电子技术有限公司, 国家电网公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月2日