計(jì)及電容過渡過程的雙鉗位型MMC 電磁暫態(tài)高效仿真方法

劉 晉，邱子鑒，龐博涵，郭海平，許明旺，姚蜀軍

（1. 華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,北京市 102206；2. 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司,北京市 100031；3. 直流輸電技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司）,廣東省廣州市 510663）

0 引言

模塊化多電平換流器（modular multilevel converter,MMC）［1-3］因其輸出波形質(zhì)量高、模塊化、電壓功率易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大柔性直流輸電工程［4-6］。近年來,不斷出現(xiàn)新型MMC子模塊［7-10］,其中雙鉗位子模塊（clamp double submodule,CDSM）不僅具備直流故障穿越能力,而且器件利用率高。因柔性直流電網(wǎng)不斷提高的直流故障快速清除能力和經(jīng)濟(jì)性需求,CDSM 的應(yīng)用前景良好。隨著柔性直流工程對(duì)MMC 傳輸能力要求不斷提高,需要更多的CDSM。然而,雙鉗位子模塊型模塊化多電平換流器（CDSM-MMC）不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且子模塊數(shù)量龐大,基于詳細(xì)模型的電磁暫態(tài)仿真需要求解超高階線性方程組,這使得CDSMMMC 詳細(xì)模型電磁暫態(tài)仿真計(jì)算量龐大、計(jì)算速度緩慢。因此,亟須研究兼顧高精度與高效率的CDSM-MMC 仿真方法。

文獻(xiàn)［9-12］提出從半橋子模塊（half-bridge submodule,HBSM）演化出的一種CDSM 拓?fù)?介紹了其運(yùn)行原理,并通過直流極間短路故障仿真驗(yàn)證了其快速清除直流故障的能力。但由于缺乏高效的CDSM-MMC 電磁暫態(tài)仿真模型,僅使用電平數(shù)為21 電平的算例,且仿真用時(shí)長(zhǎng)、效率低。

文獻(xiàn)［13］對(duì)現(xiàn)有的平均值模型、橋臂等值模型進(jìn)行了綜述,這類模型簡(jiǎn)化程度高、計(jì)算速度快,但忽略了MMC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因其不能計(jì)及開關(guān)管開關(guān)損耗和子模塊內(nèi)部動(dòng)態(tài)特性,適用性有限。

文獻(xiàn)［14-15］提出了基于HBSM 或全橋子模塊（full-bridge sub-module,FBSM）的MMC 戴維南/諾頓等值模型。……