一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，涉及電力系統(tǒng)柔性直流輸電中換流器的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全控型電力電子器件的發(fā)展和電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術(shù)日益受到重視。模塊化多電平換流器是柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用于電壓源換流器的一種，主要是通過分別控制各個(gè)子模塊IGBT組件的投入和切除狀態(tài)，使換流器輸出的交流電壓逼近正弦波，從而實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸。在目前針對(duì)模塊化多電平換流器系統(tǒng)特性的研究上，主要采用基于詳細(xì)電磁暫態(tài)模型搭建仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，但是，現(xiàn)有技術(shù)卻忽略了影響系統(tǒng)運(yùn)行特性的一些因素，從而導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)差別較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，解決了模塊化多電平換流器寬頻模型仿真精確程度差的問題。
[0004]本發(fā)明是通過如下方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，所述的模塊化多電平換流器的寬頻模型由橋臂電抗器和至少兩個(gè)閥塔級(jí)聯(lián)組成，每個(gè)閥塔由至少兩個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)而成；其中，橋臂電抗器由理想電抗器與等效電阻組成的串聯(lián)支路和寄生電容并聯(lián)而成，子模塊電容為理想電容器與其引線電感和引線電阻串聯(lián)而成，閥塔的進(jìn)出線之間接有寄生電容。
[0006]進(jìn)一步的，所述的閥塔進(jìn)出線對(duì)地之間連有雜散電容和雜散電阻。
[0007]進(jìn)一步的，所述的子模塊為半橋子模塊、箝位雙子模塊或全橋子模塊。
[0008]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0009]現(xiàn)有技術(shù)中基于詳細(xì)電磁暫態(tài)模型搭建的仿真系統(tǒng)中，忽略了影響系統(tǒng)運(yùn)行特性的一些因素，造成仿真結(jié)果并不精確。本發(fā)明提出了一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，考慮到模塊化多電平換流器中的橋臂電抗器都會(huì)存在一些寄生元件，而且閥塔進(jìn)出線一般都采用銅排作為連接導(dǎo)線，銅排相對(duì)于大地、銅排之間也都會(huì)存在一些寄生元件，在建立寬頻模型的過程中，充分考慮到寄生元件的影響，從而使建立的多電平換流器寬頻模型更貼近實(shí)際系統(tǒng)，精確程度更高。
[0010]本發(fā)明還考慮閥塔進(jìn)出線對(duì)地的雜散電容與雜散電阻的影響，使模塊化多電平換流器系統(tǒng)的寬頻模型的仿真結(jié)果更為精確。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的模塊化多電平換流器寬頻模型結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的寬頻模型與詳細(xì)電磁暫態(tài)模型功率潮流控制的仿真波形；
[0013]a為寬頻模型功率潮流控制的仿真波形，b為詳細(xì)電磁暫態(tài)模型功率潮流控制的仿真波形；
[0014]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的寬頻模型與詳細(xì)電磁暫態(tài)模型一個(gè)橋臂的雷擊過電壓仿真波形；
[0015]c為寬頻模型的一個(gè)橋臂的雷擊過電壓仿真波形，d為詳細(xì)電磁暫態(tài)模型一個(gè)橋臂的雷擊過電壓仿真波形；
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的寬頻模型軟啟過程的仿真波形；
[0017]e為寬頻模型軟啟過程的仿真波形，f為寬頻模型軟啟過程的細(xì)節(jié)波形；
[0018]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)電磁暫態(tài)模型軟啟過程的仿真波形；
[0019]g是詳細(xì)電磁暫態(tài)模型軟啟過程的仿真波形；h是詳細(xì)電磁暫態(tài)模型軟啟過程的仿真波形。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021 ](一)、一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法:
[0022]如圖1所示，所述的模塊化多電平換流器的寬頻模型由橋臂電抗器和多個(gè)閥塔級(jí)聯(lián)組成，每個(gè)閥塔又由多個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)而成；其中，橋臂電抗器為理想電抗器與等效電阻組成的串聯(lián)支路和寄生電容并聯(lián)而成，子模塊電容為理想電容器與其引線電感和引線電阻串聯(lián)而成，閥塔的進(jìn)出線之間接有寄生電容，閥塔進(jìn)出線對(duì)地接有雜散電容和雜散電阻。
[0023]下面對(duì)模塊化多電平換流器的寬頻模型的各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)闡述:
[0024](1)橋臂電抗器
[0025]橋臂電抗器由導(dǎo)線纏繞而成，橋臂電抗器包含一部分等效電阻，橋臂電抗器進(jìn)出線銅排之間也存在寄生電容。本發(fā)明建立的橋臂電抗器寬頻模型為理想電抗器和等效電阻組成的串聯(lián)支路與寄生電容并聯(lián)而成。
[0026](2)子模塊電容
[0027]所述子模塊電容為金屬薄膜電容，由于實(shí)際產(chǎn)品中進(jìn)出線之間還存在引線電感及引線電阻。因此，所述的子模塊電容為理想電容器與其引線電感和引線電阻串聯(lián)而成。
[0028](3)閥塔
[0029]模塊化多電平換流器的每個(gè)橋臂都由多個(gè)閥塔組成，每個(gè)閥塔又由多個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)而成；閥塔進(jìn)出線銅排之間存在寄生電容、閥塔進(jìn)出線銅排對(duì)地存在雜散電容和雜散電阻。
[0030](4)子模塊
[0031]模塊化多電平換流器中的子模塊的類型為半橋子模塊、箝位雙子模塊或全橋子模塊。
[0032]( 二)、模塊化多電平換流器的寬頻模型的仿真實(shí)驗(yàn)
[0033]本發(fā)明基于模塊化多電平換流器寬頻模型的仿真實(shí)驗(yàn)中，雙端仿真系統(tǒng)直流母線電壓為2400V，容量為20kW，交流閥側(cè)線電壓有效值為1400V，每個(gè)橋臂有20個(gè)子模塊，包括4個(gè)半橋子模塊、7個(gè)箝位雙子模塊、2個(gè)全橋子模塊，子模塊電容為lmF，電容額定工作電壓為120V，橋臂電抗器為50mH，每個(gè)橋臂包含3個(gè)閥塔，閥塔中子模塊的個(gè)數(shù)分別為4個(gè)半橋子模塊和1個(gè)箝位雙子模塊、3個(gè)箝位雙子模塊、3個(gè)箝位雙子模塊和2個(gè)全橋子模塊。
[0034]橋臂電抗器等效電阻為0.314Ω，寄生電容較小，可以選擇忽略不計(jì)。子模塊電容的引線電感為28nH，引線電阻為1.26Ω。閥塔進(jìn)出線間寄生電容為50pF，閥塔進(jìn)出線對(duì)地雜散電容為InF，雜散電阻為1θ9Ω。
[0035]本實(shí)施例的仿真實(shí)驗(yàn)包括:功率潮流控制特性驗(yàn)證、雷擊過電壓特性驗(yàn)證和自然軟啟過程特性驗(yàn)證。其中，通過對(duì)比模塊化多電平換流器的寬頻模型和詳細(xì)電磁暫態(tài)模型，從而驗(yàn)證所述的寬頻模型的特性。
[0036](1)、功率潮流控制特性:
[0037]所述的寬頻模型和詳細(xì)電磁暫態(tài)模型仿真時(shí)長(zhǎng)都為3s，仿真結(jié)果如圖2所示，本實(shí)施例僅給出恒壓站功率波形。所述的寬頻模型和詳細(xì)電磁暫態(tài)模型的控制特性基本相同。
[0038](2)、雷擊過電壓特性:
[0039]本實(shí)施例中，通過對(duì)模塊化多電平換流器施加雷擊過電壓，對(duì)比所述的寬頻模型和詳細(xì)電磁暫態(tài)模型的雷擊電壓特性如圖3所示，施加雷電沖擊電壓過程中，波前半段電壓變化基本相同，直至分布在橋臂上的所有子模塊兩端的電壓達(dá)到最大值之后出現(xiàn)差異，寬頻模型由于雜散電容的電壓鉗位作用，閥塔進(jìn)出線對(duì)地電壓緩慢降低；詳細(xì)電磁暫態(tài)模型閥塔進(jìn)出線對(duì)地電壓隨著雷電沖擊電壓降低而降低，且均勻分布。
[0040](3)、自然軟啟過程特性:
[0041]如圖4、5所示，通過觀察所述的寬頻模型和詳細(xì)電磁暫態(tài)模型的軟啟過程波形，寬頻模型中不同閥塔的箝位子模塊電容電壓出現(xiàn)差異、且不同于詳細(xì)電磁暫態(tài)模型，通過分析可知，這是由于寬頻模型中的雜散元件所造成的影響，從而驗(yàn)證了建立模塊化多平換流器的寬頻模型需要考慮到寄生元件的影響因素。
[0042]本實(shí)施例的模塊化多電平換流器的子模塊采用多個(gè)半橋子模塊、箝位雙子模塊或全橋子模塊，實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸。作為其他實(shí)施方式，可以根據(jù)實(shí)際電能傳輸?shù)男枨?，可以選取不同的類型子模塊進(jìn)行組合。
[0043]在本發(fā)明給出的思路下，采用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對(duì)上述實(shí)施例中的技術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，其特征在于，所述的模塊化多電平換流器的寬頻模型由橋臂電抗器和至少兩個(gè)閥塔級(jí)聯(lián)組成，每個(gè)閥塔由至少兩個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)而成；其中，橋臂電抗器由理想電抗器與等效電阻組成的串聯(lián)支路和寄生電容并聯(lián)而成，子模塊電容為理想電容器與其引線電感和引線電阻串聯(lián)而成，閥塔的進(jìn)出線之間接有寄生電容。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，其特征在于，所述的閥塔進(jìn)出線對(duì)地之間連有雜散電容和雜散電阻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，其特征在于，所述的子模塊為半橋子模塊、箝位雙子模塊或全橋子模塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模塊化多電平換流器寬頻建模方法，模塊化多電平換流器的寬頻模型由橋臂電抗器和至少兩個(gè)閥塔級(jí)聯(lián)組成，每個(gè)閥塔由至少兩個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)而成。其中，橋臂電抗器由理想電抗器與等效電阻組成的串聯(lián)支路和寄生電容并聯(lián)而成。子模塊電容為理想電容器與其引線電感和引線電阻串聯(lián)而成，閥塔的進(jìn)出線之間接有寄生電容。本發(fā)明在建立寬頻模型的過程中，充分考慮到寄生元件的影響，從而使建立的模塊化多電平換流器寬頻模型更貼近實(shí)際系統(tǒng)，精確程度更高。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105426579
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510735759
【發(fā)明人】行登江, 張軍, 趙成功, 吳金龍, 王先為
【申請(qǐng)人】許繼電氣股份有限公司, 西安許繼電力電子技術(shù)有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日