二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子技术及柔性直流输电领域，尤其涉及一种二极管箝位型级联 多电平换流器的建模方法及系统。
【背景技术】
[0002] 二极管箝位型级联多电平换流器具有直流故障自清除能力，且具有与半桥型级联 多电平换流器相同的谐波含量低、扩展容易等优点，因此适用于远距离、大容量、架空线场 合的柔性直流输电工程。
[0003] 级联多电平换流器的每一个桥臂由大量需要独立控制的功率模块构成，在进行 PSCAD/EMTDC(PSCAD，Power System Computer Aided Design，是 EMTDC 的用户图形界面； EMTDC，Electro Magnetic Transient in DC System，是一种电力系统仿真分析软件）磁暂 态仿真建模时，需要准确模拟每一个功率模块的行为。常用的方法是借助PSCAD/EMTDC元 件库提供的器件模型，详细建立级联多电平换流器的仿真模型。在功率模块数量较少时，该 方法的仿真效率尚可接受，随着功率模块数量的增加，仿真效率将显著降低，当数量达到几 百、甚至上千时，仿真效率将难以满足工程研发的需要。因此，为了提高仿真效率，逐渐发展 出满足适应不同仿真场合的级联多电平换流器的高效仿真模型。但是，这些仿真模型大多 针对半桥或者全桥型级联多电平换流器，尚无针对二极管箝位型级联多电平换流器的高效 仿真模型，不能够满足远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程参数设计、控制策 略验证等需求。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要提供一种能够模拟二极管箝位型级联多电平换流器的基于二极管 箝位型级联多电平换流器的建模方法及系统。
[0005] -种二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法，所述二极管箝位型级联多电平 换流器包括不少于两个桥臂，每个桥臂包括由不少于两个功率模块级联组成的功率模块串 及与所述功率模块串级联的桥臂电抗器；其中，每个所述功率模块包括第一开关管、第一二 极管、第二开关管、第二二极管、第三开关管、第三二极管、第四二极管、第一电容器和第二 电容器；所述第一开关管和所述第一二极管构成反并联结构；所述第二开关管和所述第 二二极管、所述第三开关管和所述第三二极管分别构成反并联结构；所述第一二极管的阴 极与所述第一电容器的正极连接，所述第一电容器的负极与所述第二电容器的正极相连， 并与所述第四二极管的阴极连接；所述第四二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接， 其连接点为所述功率模块的负输出端；所述第三二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连 接，并与所述第二电容器的负极相连；所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连 接，其连接点为所述功率模块的正输出端；所述建模方法包括步骤：
[0006] 将所述每个桥臂的所有第一二极管等效为一个第一辅助二极管，所述每个桥臂的 所有第二二极管等效为一个第二辅助二极管，所述每个桥臂的所有第三二极管等效为一个 第三辅助二极管，所述每个桥臂的所有第四二极管等效为一个第四辅助二极管；
[0007] 将所述每个桥臂的所有第一电容器等效为一个第一受控电压源，所述每个桥臂的 所有第二电容器等效为一个第二受控电压源；
[0008] 将所述每个桥臂的所述功率模块串等效为一个等值模块，所述等值模块包括一个 损耗电阻和一个与所述损耗电阻串联的复合等值模型，所述复合等值模型包括所述第一辅 助二极管、所述第二辅助二极管、所述第三辅助二极管、所述第四辅助二极管、所述第一受 控电压源及所述第二受控电压源。
[0009] 上述二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法，由于将所针对的二极管箝位型 级联多电平换流器的每个桥臂的各功率模块中相同位置的多个元器件等效为一个元器件， 可以降低二极管箝位型级联多电平换流器在PSCAD/EMTDC软件中仿真时的节点电压方程 阶数，提高仿真效率，且仿真效率不会随着功率模块数量的增加而降低。通过该建模方法进 行的建模能够满足远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程参数设计、控制策略验 证等需求。
[0010] -种二极管箝位型级联多电平换流器的建模系统，所述二极管箝位型级联多电平 换流器包括不少于两个桥臂，每个桥臂包括由不少于两个功率模块级联组成的功率模块串 及与所述功率模块串级联的桥臂电抗器；其中，每个所述功率模块包括第一开关管、第一二 极管、第二开关管、第二二极管、第三开关管、第三二极管、第四二极管、第一电容器和第二 电容器；所述第一开关管和所述第一二极管构成反并联结构；所述第二开关管和所述第 二二极管、所述第三开关管和所述第三二极管分别构成反并联结构；所述第一二极管的阴 极与所述第一电容器的正极连接，所述第一电容器的负极与所述第二电容器的正极相连， 并与所述第四二极管的阴极连接；所述第四二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接， 其连接点为所述功率模块的负输出端；所述第三二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连 接，并与所述第二电容器的负极相连；所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连 接，其连接点为所述功率模块的正输出端；所述建模系统包括：
[0011] 二极管等效模块，用于将所述每个桥臂的所有第一二极管等效为一个第一辅助二 极管，所述每个桥臂的所有第二二极管等效为一个第二辅助二极管，所述每个桥臂的所有 第三二极管等效为一个第三辅助二极管，所述每个桥臂的所有第四二极管等效为一个第四 辅助二极管；
[0012] 电容器等效模块，用于将所述每个桥臂的所有第一电容器等效为一个第一受控电 压源，所述每个桥臂的所有第二电容器等效为一个第二受控电压源；
[0013] 桥臂等效模块，用于将所述每个桥臂的所述功率模块串等效为一个等值模块，所 述等值模块包括一个损耗电阻和一个与所述损耗电阻串联的复合等值模型，所述复合等值 模型包括所述第一辅助二极管、所述第二辅助二极管、所述第三辅助二极管、所述第四辅助 二极管、所述第一受控电压源及所述第二受控电压源。
[0014] 上述二极管箝位型级联多电平换流器的建模系统，由于将所针对的二极管箝位型 级联多电平换流器的每个桥臂的各功率模块中相同位置的多个元器件等效为一个元器件， 可以降低二极管箝位型级联多电平换流器在PSCAD/EMTDC软件中仿真时的节点电压方程 阶数，提高仿真效率，且仿真效率不会随着功率模块数量的增加而降低。通过该建模系统进 行的建模能够满足远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程参数设计、控制策略验 证等需求。
【附图说明】
[0015] 图1为二极管箝位型级联多电平换流器的拓扑结构图；
[0016] 图2为二极管箝位型级联多电平换流器的功率模块的拓扑结构图；
[0017] 图3为一种实施方式的二极管箝位型级联多电平换流器的建模方法的流程图；
[0018] 图4为通过图3的建模方法建立的模型中的复合等值模型示意图；
[0019] 图5为通过图3的建模方法建立的模型中等效功率模块串的等值模块的示意图；
[0020] 图6为图3的建模方法的一个步骤的具体流程图；
[0021] 图7为一种实施方式的二极管箝位型级联多电平换流器的建模系统的结构；
[0022] 图8为图7的建模系统的一个模块的单元结构图。
【具体实施方式】
[0023] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文 所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透 彻全面。
[0024] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"或/和"包括一个或多个 相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0025] 如图1及图2所示，二极管箝位型级联多电平换流器包括不少于两个桥臂，每个桥 臂包括由不少于两个功率模块级联组成的功率模块串M及与所述功率模块串M级联的桥 臂电抗器L。;其中，每个所述功率模块包括第一开关管Sl、第一二极管Dl、第二开关管S2、 第二二极管D2、第三开关管S3、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容器Cl和第二电容 器C2 ;所述第一开关管Sl和所述第一二极管Dl