两电平VSC与MMC通用型平均值仿真模型

提出了两电平电压源型换流器(VSC)与模块化多电平换流器(MMC)的通用型平均值仿真模型。首先总结了两电平VSC与MMC的工作原理,进而理论推导了两者的平均值模型,通过分析两电平VSC与MMC在直流故障下的响应,提出了一种能仿真两电平VSC和MMC直流故障响应的通用建模方法。随后在PSCAD/EMTDC下搭建了一个两电平VSC与21电平MMC的详细电磁暂态仿真模型与平均值模型,对比验证了详细模型与平均值模型在稳态运行、直流故障以及交流故障下的响应。结果表明,所提出的平均值模型能在稳态运行、直流故障以及交流故障下得到与详细模型高度吻合的仿真结果。所提出的平均值模型能极大地提高仿真速度,且提速效果随电平数以及系统规模的增大而愈加明显。所提出的建模方法适用于研究含多个VSC和MMC的较大规模电力系统电磁暂态特性。     

MMC电磁暂态快速仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)中大量的开关器件给电磁暂态仿真程序(如PSCAD/EMTDC)带来巨大的计算量,使得仿真速度极其缓慢,给仿真研究以及工程设计带来极大的不便。通过进一步推导电容、电感Dommel电磁暂态数值计算方法,得到了电容、电感等值计算中的历史电流源递推公式,使得历史电流源的计算过程中不必再进行支路电流的中间计算,加快了计算速度。基于此历史电流源递推公式建立了MMC电磁暂态快速仿真模型,并在PSCAD/EMTDC中搭建不同端数、不同电平数MMC-HVDC系统,验证了该快速模型的仿真精度和提速效果。     

适用于多工况的高精度MMC改进平均值等效模型

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)在直流输电系统的应用日益广泛,而其快速等效模型则是进行直流输电系统相关研究的基础.为了弥补传统平均值等效模型在可仿真工况及仿真精度方面的不足,本文提出了一种适用于多工况的高精度改进平均值等效模型.首先,通过增加控制器件并配置相应的控制方...     

模块化多电平换流器快速电磁暂态仿真模型

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电磁暂态仿真耗时过长的问题,提出了2种MMC快速仿真模型。通过分析MMC子模块原理,提出将MMC桥臂等效为自定义数值计算模块与受控电压源组合的数值计算详细模型;并在该模型的基础上设计了一种将独立子模块电磁暂态模型和一般子模块数值计算模型结合的混合模型仿真方法,弥补了数值计算模型难以模拟子模块电磁暂态过程的缺陷。为了进一步提高模型的仿真速度,通过简化MMC的电压均衡控制及子模块状态的差异性,建立了数值计算平均值模型。在PSCAD/EMTDC上搭建MMC-HVDC模型,对所提出的快速仿真模型及仿真方法的有效性进行了验证。     

模块化多电平换流器的快速电磁暂态仿真方法

通过分析电压源换流器换流过程,得到电压源换流器的简化电路。换流器的上、下桥臂互补通断时,简化电路与原电路等效。简化电路不仅减少了支路数,而且可简化支路方程,因此,基于简化电路的快速仿真方法可减少电磁暂态仿真计算量,节省仿真用时。该快速电磁暂态仿真方法的缺点是不能模拟开关死区和故障闭锁过程。在PSCAD/EMTDC仿真平台上通过3个仿真实例对基于简化电路的快速电磁暂态仿真方法进行了具体评估。结果表明,对2电平换流器而言,快速方法加速效果一般,实用价值不大;对高级联数模块化多电平换流器而言,快速方法加速效果很好,能显著节省仿真用时,实用价值较大。     

超大规模MMC电磁暂态仿真提速模型

针对超大规模模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)在诸如PSCAD/EMTDC、MATLAB等电磁暂态仿真环境中仿真速度极慢问题,基于节点电压分析法,提出超大规模MMC电磁暂态仿真提速模型。所提出模型本质为将MMC在计算过程中的超大规模矩阵分解为相应数目的小矩阵,在与原有矩阵同解以保证仿真精度的前提下,仿真速度显著提升。所提出的模型具有极强的通用性,且可以进行开关器件级别的故障研究。在PSCAD/EMTDC中搭建的不同电平数MMC验证了提速模型的仿真精度及提速效果。     

多样性子模块混合型MMC统一外特性高效电磁暂态模型

混合型模块化多电平换流器(MMC)的高效电磁暂态仿真是研究相关技术的重要基础。然而,由于多种子模块可以被采用,且每种子模块中均包含了大量的开关,混合型MMC的详细电磁暂态模型将严重降低其仿真效率。鉴于此,文中基于开关函数的定义与电容器件的动态特性,对多样性子模块的串联结构进行了统一的动态平均化等值,并根据等值后的动态模型,提出了一种适用于直流电网高效电磁暂态仿真的混合型MMC统一外特性模型以兼顾直流电网对仿真精度及效率的双重要求。同时,所提统一模型具有良好的可移植性以满足其作为研究工具的修改便利性要求。最后,基于ADPSS仿真软件,通过与基于分立元件的详细模型进行对比,验证了所提统一外特性模型的仿真精度与效率。     

有源型模块化多电平换流器桥臂全状态平均值仿真模型

为了提高有源型模块化多电平换流器(MMC)的仿真效率并保证足够的计算精度,提出一种适用于有源型MMC的桥臂全状态平均值仿真模型.基于动态平均化理论,首先推导了有源型MMC的桥臂平均值数学模型及等效电路模型.然后,结合装置离散化伴随模型,建立了不同运行状态下的桥臂平均值仿真模型.最后,通过电路整合和化简,得出桥臂全状态平...     

混合型MMC全状态高效电磁暂态仿真方法研究

由半桥子模块和全桥子模块组成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)兼顾直流故障穿越能力和经济性,具有广阔的工程运用前景。针对混合型MMC电磁暂态模型存在等效复杂、内部节点多、计算效率低的问题,文章分析混合型MMC解闭锁模式的工作状态,提出一种“混合型MMC全状态高效电磁暂态仿真方法”：根据混合型MMC中半桥子模块和全桥子模块的闭锁特性,提出一种混合型MMC的闭锁等效方法,提高混合型MMC闭锁模式的仿真效率;根据混合型MMC的调制特性,改进灵活堆排序的电容电压排序算法,提高混合型MMC解锁模式的仿真效率。最后,结合Matlab和PSCAD典型算例进行测试,验证所提高效混合型MMC全状态电磁暂态仿真方法的精确性和快速性。     

模块化多电平换流器的桥臂平均值模型

模块化多电平换流器（MMC）的快速仿真模型是进行柔性直流输电系统相关研究的基础。在众多模型中,MMC的桥臂戴维南模型应用最为广泛,通过研究发现其仿真速度可以进一步提高。在MMC桥臂戴维南等效电路的基础上,利用能量均分思想提出了一种新的桥臂平均值模型。该模型显著减小了戴维南等效模型的计算负担,提高了模型的仿真效率。通过仿真验证了该模型可以适用于环流抑制、交直流侧故障仿真等应用场景。     

提高MMC高效电磁暂态模型仿真精度的方法

对基于戴维南等效原理的模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）桥臂电磁暂态仿真详细模型的数学原理进行了分析,发现当仿真过程中发生故障或开关动作等引起网络结构变化时,由于电容电流会发生突变,当采用梯形积分法计算时会引入计算误差。为了解决这一问题,提出了一种通过求解突变后的非状态变量来消除计算误差的方法,在PSCAD/EMTDC下对比分析了误差消除前后在开关变化时刻的电容电压,验证了本方法的正确性和有效性。同时,搭建了单端101电平MMC-HVDC仿真系统,验证了本文提出的改进计算模型的正确性。     

基于MMC的柔性直流输电阀基控制器及其动模试验

介绍了模块化多电平换流器(MMC)及其应用于柔性直流输电的基本原理,指出了基于MMC的柔性直流输电阀基控制器与传统阀基电子设备的区别,并对其功能和特点进行了研究。搭建了49电平动模试验平台并进行了功能验证,以期为柔性直流输电的研究提供参考。     

自阻型模块化多电平换流器故障后恢复策略与等值模型

提出了一种可仿真故障后恢复过程的自阻型模块化多电平换流器(SB-MMC)等值电磁暂态模型。首先针对自阻型模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统在直流故障后快速恢复的问题,设计了SB-MMC故障后快速恢复控制器与恢复策略,并分析了自阻子模块在恢复过程中的动态特性。基于上述SB-MMC的动态过程分析,提出了适应于任意工况的SB-MMC等值电磁暂态模型。最后,通过在PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了SB-MMC等值电磁暂态模型的精确性并验证了故障后快速恢复控制方法的有效性。     

基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真

随着基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流工程技术广泛使用,相应的电磁暂态(EMT)实时仿真技术变得尤为关键.为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真,提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays,FPGA)的MMC实时片上系统(SoC)仿真模型及其计算...     

MMC子模块中IGBT等效模型的仿真验证

RTDS（real time digital simulation）上小步长仿真模块对开关元件的数量有严格的限制,而模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的每个子模块都有2个电力电子开关元件IGBT。随着系统容量的不断增加,如何在有限的硬件资源中实现多电平系统的仿真成为实时仿真系统的瓶颈。对如何在RTDS大步长的环境中建立正确的IGBT元件等效模型进行了分析,根据IGBT在MMC子模块（sub-module,SM）中的工作原理,采用开关函数建立IGBT的等效数学模型。该模型能够有效减小仿真占用的资源,扩大仿真容量,在大步长环境下能够正确表征IGBT的运行特性。采用Matlab验证了所建立的IGBT模型的可行性和正确性。     

模块化多电平变换器的系统状态方程及等效模型

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)由于其模块及变量数量众多,造成其仿真及分析的困难。在忽略系统高频分量及假定模块电容电压均等的前提下,引入正负桥臂电容电压之和及差作为新的变量,并和环流及输出电流一起建立了系统的状态方程。以该方程为基础,提出了系统的一种等效模型。该模型以简单的电容和逆变器模型为基础,从而使得系统分析变得十分直观和简单。为提高模型的精确性,该文分析了死区及IGBT饱和压降对系统的影响,给出了修改后的等效模型及其s域模型,该模型可以替换实际的MMC系统用于仿真研究,而不必考虑仿真速度的问题。最后,通过仿真和实验证实了所提模型的正确性。     

基于连续模型的MMC环流谐振分析

模块化多电平变换器(MMC)未来在中高压能源转换领域潜力巨大。桥臂环流的存在是MMC区别于其它多电平变换器的重要特点,子模块电容和桥臂电感参数设计不合理会导致变换器发生环流谐振。首先,依据MMC连续模型,由桥臂电流和正弦调制的相互作用推导出子模块电容电压的解析表达式,子模块电容电压存在不同频率的交流波动分量进而导致桥臂电流中出现不同频率的交流环流;然后,通过分析不同环流谐振频率之间的关系得到避免2倍频环流谐振的元件参数设计依据。最后,利用Matlab/Simulink搭建MMC时域仿真模型验证了理论分析的正确性。     

模块化多电平换流器无环流仿真模型

为简化仿真控制策略和提高仿真效率,对桥臂环流抑制功能投入的模块化多电平换流器(MMC)进行整体建模,提出一种无环流仿真模型。首先分析了MMC单个子模块工作的电气特性,然后以此为基础推导出换流器相单元电容电压之和与交、直流侧电气量的关系,最后对三相相单元进行整体建模得到反映换流器外特性的仿真模型。在M ATLAB中利用模型搭建柔性直流输电系统并对各种运行工况进行仿真,其仿真结果与基于RTDS详细模型仿真结果一致,充分说明了本文模型的可行性与准确性。该模型适用于仅关注换流器外特性的场合,具有仿真速度快、仿真精度高、适用性广的特点。