【《MMC电磁暂态快速仿真模型分析》1600字】

MMC电磁暂态快速仿真模型分析为了满足高压大功率的要求，MMC换流站需要较多子模块，因而采用详细开关模型进行仿真将耗费大量的时间，因此急需一种MMC快速精确等效模型来加快仿真速度。平均值模型相对简单，在仿真速度上有绝对的优势，但其仅采用功率平衡的原理，忽略了子模块电容的充放电的详细过程，没有顾及单个子模块的内特性，因此不能用于故障仿真。本文主要介绍一种运用快速嵌套同时求解算法来实现MMC电磁暂态快速仿真。其将MMC换流站原本的网络中单个桥臂划分为桥臂子网络和非桥臂子网络，如图4-1，单个桥臂中所有的SM构成桥臂子网络，剩余的桥臂电抗为桥臂非子网络。图4-1原始网络的分解快速嵌套同时求解算法快速嵌套同时求解算法本质上是将一个含有较多节点网络分解为多个节点较少的子网络，通过图4-2所示的网络对此算法进行解释说明。如图将一个节点数为N1+N2的网络分解为两个节点数分别为N1和N2的子网络，V1和V2分别代表两个子网络的节点电压矢量矩阵,Y11和Y22分别代表两个子网络的自导纳矩阵，Y12和Y21分别为两个子网络的互导纳矩阵，Is1和Is2分别为两个子网络的电流源矢量，则整个网络的节点电压方程应为： （4-1）可见要想求节点电压矢量，需要对N1+N2阶矩阵进行求逆运算，当节点数较多时，计算量就会很大，但当把网络分解为节点数分别为N1和N2的子网络时，就可以先对式（4-1）的第二行进行计算，得出V2的计算式如下： （4-2）将式（4-2）代回式（4-1）第一行，可得V1的计算式如下： （4-3）最后，再将式（4-3）代回式（4-2）即可得出V2，从上述求解过程可看出，仅管求解步骤增加，但是在求解过程中，矩阵的求逆运算由N1+N2阶变为了N1阶或N2阶，使单步的计算量极大简化，从而使整体的求解速度提高。图4-2解释说明快速嵌套同时求解算法网络运用上述思想，将每个桥臂细分为两部分，一部分是将该桥臂所有串联子模块看为一个整体，称为桥臂子网络；另一部分就是剩余的桥臂电抗，称为桥臂非子网络。通过求解当前仿真步长下6个桥臂子网络的戴维南等效电路，将所求结果带入原始网络，从而得到整个MMC的戴维南等值模型，如图4-3(b)所示，对其求解实现整个网络的仿真计算，如此一来，把对大规模原始网络的求解分解为对6个小网络的求解，尽管仿真步骤有所增加，但单步计算的时间大大缩减，从而缩短计算时间。(a)桥臂子网络的戴维南等值模型(b)三相MMC的戴维南等值模型图4-3将快速嵌套同时求解算法运用于MMC换流站桥臂子网络戴维南等值电路求解对于单个子模块，在求解其戴维南电路时，可先将其阻值化：把开关器件IGBT以及与其反并联的二极管VD看为一个整体，当这个整体处于导通状态时，在不计损耗的情况下，整体部分的阻值计为；当这个整体处于关断状态时，整体部分的阻值计为。此外要将其用于仿真，还需要进行离散化处理：将子模块中未进行阻值化处理的部分即直流侧电容通过梯形积分的方法经行离散化处理，得到其由等效电阻和等效电压源组成的离散化计算模型，电容的离散化数值表达式为： （4-4）式中：；。这样一来，即可得到SM的初步等效电路如图4-4(a)所示，对端口求解如图4-4(b)所示的戴维南等值电路，可得： （4-5）将N个子模块戴维南等值电路串联起来得到桥臂子网络的戴维南等值电路如图4-3(a)所示，图中Rbr为桥臂子网络戴维南等效电路的等值电阻；ubr为等效电压源。Rbr和ubr的表达式如式（4-6）所示： （4-6）(a)单个SM初步等值电路(b)单个SM的戴维南等值模型图4-4子模块的戴维南等值电路图推导通过上述分析，整个三相MMC的戴维南等效电路的求解已不是问题，为了直观解释在该等效模型下实现电磁暂态快速仿真的算法，用如图4-5所示的流程图来展示。图4-5戴维南等效模型完成快速电磁暂态仿真的算法流程图小结本章主要介绍了MMC电磁暂态快速仿真模型，将每个桥臂级联的所有子模块看为一个桥臂子网络，通过阶梯积分的方法得到每个桥臂子网络中单个子模块的离散化数学模型，将所有子模块的离散化数学模型串联起来，即为该桥臂子网络的戴维南等效模型，利用快速嵌套同时求解算法求解整个网络最终得到桥臂电