双端口MMC电磁暂态高效建模与电容电压排序算法优化

摘要

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)凭借其各项突出的技术优势已在国内外柔性直流输电(Voltage Source Converter based HVDC，VSC-HVDC)工程中得到了广泛的应用。随着换流器端数及MMC中子模块(submodule，SM)数目的不断增加，已有的MMC等效模型在仿真由大量超高电平MMC构成的多端直流电网时，因为MMC必备的排序均压算法的复杂度将大幅增加，计算效率依然较低，仿真用时明显增加。此外，针对半桥型MMC无法箝位直流故障及排序运算量大的问题，一些具备诸如直流故障箝位及自均压功能的新型双端口子模块拓扑被提出，并被视为MMC子模块未来的候选拓扑之一。传统单端口子模块MMC的等效算法要求全部子模块流过相同的桥臂电流，这对双端口子模块MMC不再适用。
　　本文针对一种新型并联全桥子模块构成的模块化多电平换流器(paralleled full bridge sub-module MMC，PFB-MMC)拓扑，提出了一种适用于任意新型双端口子模块MMC的通用电磁暂态高效建模方法。该方法采用循环迭代的方式消去MMC桥臂中全部子模块的内部节点和模块间的互联节点，将整个桥臂等效成仅含4个外部节点，极大地降低了双端口MMC的导纳矩阵阶数。在实现对外部等效的同时，能够完整保留各个子模块的内部信息，从而能够在确保高仿真精度的同时，大幅提高其电磁暂态仿真速度。
　　此外，基于开关器件关断电阻无穷大的MMC等效模型提出了一种线性排序算法，该排序算法最大时间复杂度仅为O(N)，能够有效减少排序运算量。本文通过理论证明将该排序算法的适用范围拓展到开关器件关断电阻为实际阻值的MMC等效模型，从而能够使用该模型仿真子模块内部故障。虽然该线性排序算法是在MMC各子模块电容容值相等的情况下提出，但是本文通过仿真说明当子模块电容容值在一合理范围内服从正态分布时，采用线性排序算法的MMC等效模型在稳态及暂态工况下依然能够表现出优异的仿真特性。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景及其意义

1．1．1 MMC-HVDC的发展历程

1．1．2 研究课题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 MMC电磁暂态等效模型

1．2．2 MMC均压排序算法

1．3 论文的研究内容和工作

第2章 双端口MMC通用电磁暂态高效建模方法

2．1 引言

2．2 适用于多种类型双端口MMC的通用电磁暂态高效建模方法

2．2．1 新型双端口子模块拓扑

2．2．2 通用电磁暂态高效建模方法

2．3 并联全桥子模块MMC

2．3．1 并联全桥子模块拓扑结构

2．3．2 并联全桥子模块MMC拓扑结构

2．4 并联全桥子模块MMC电磁暂态等效模型

2．4．1 单个P-FBSM等效模型

2．4．2 任意两个相邻P-FBSM等效模型

2．4．3 PFB-MMC单个桥臂等效模型

2．4．4 PFB-MMC等效模型的功能完善

2．5 仿真验证

2．5．1 仿真精度对比

2．5．2 加速比验证

2．6 本章小结

第3章 后退欧拉法MMC等效模型的线性排序算法

3．1 引言

3．2 线性排序算法

3．2．1 理想BE模型

3．2．2 分两组的线性排序算法

3．3 线性排序算法的理论推广

3．4 线性排序算法工程实用性分析

3．4．1 考虑子模块电容容差

3．4．2 考虑不同子模块开关器件的通态损耗和开关损耗差异

3．5 仿真验证

3．5．1 仿真精度验证

3．5．2 加速比验证

3．6 本章小结

第4章 适用于梯形法MMC等效模型的线性排序算法

4．1 引言

4．2 线性排序算法

4．2．1 理想TR模型

4．2．2 分四组的线性排序算法

4．3 线性排序算法的理论推广

4．4 线性排序算法工程实用性分析

4．4．1 考虑子模块电容容差

4．4．2 考虑不同子模块开关器件的通态损耗和开关损耗差异

4．5 仿真验证

4．5．1 仿真精度验证

4．5．2 加速比验证

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢