2)两电平换流器的直流系统分析模型。模型忽略了换流器的开关细节,根据换流器的具体拓扑结构,推导出换流器对外的端口等值电路。现有分析模型[5-7]假设三相电流和为0、三相电压平衡,此假设不能满足实际仿真分析的要求,在故障情况下的准确性不理想。文献[8]提出的一种基于开关函数模型的占空比等效模型适合计算效率要求不高但仿真精度要求高的场合。
为了提高分析模型的仿真通用性,解决故障条件下的换流器模拟,本文研究了基于ADPSS软件的新模型,此模型仅仅假设了三相电流和为0的条件,把平均模型等效为一个多端口电阻模型,这个模型的A,B,C端口表征的是换流器的交流侧,DC+和DC-表示换流器的直流侧,矩阵Y表示这些端口之间的相互导纳,Y中的元素与开关函数s的平均值相关。这个模型的特色是能较好地模拟电路的交直流侧的耦合关系,正确反映了系统的故障特性。此模型的Y需要根据指令值进行实时更新,计算效率介于详细模型和平均分析模型之间,能应用于绝大多数的仿真分析场合。
3)两电平换流器的稳态等效电源模型。
模型直接使用控制系统输出的稳态控制量作为等效电源的输出[9]。模型忽略换流器的电气特性,保留稳态的控制特性,适用于直流电网系统特性分析,但是在直流电网的暂态仿真中有很大的局限性。
1.3.2MMC的建模
新型MMC通过串联的子模块电压叠加输出高电压,具有输出电压谐波含量少、无需额外的滤波器和变压器的优点,十分适用于直流输电系统。MMC的换流器的电平数多,一般情况下可以达到250~500级电平,很难使用电磁暂态开关进行详细模拟,主要使用等效模型。根据本文的调研,MMC的等效模型主要有2种:一种是类似于开关函数的等效模型,另一种是使用桥臂等值的戴维南等效模型。
1)开关函数等效模型
开关函数等效模型以MMC的子模块为基础,通过子模块的累加表示桥臂的等效电压[10]。模型对子模块的投切数目和系统的动态特性都有较好模拟,但忽略了换流器内部的电容电压不平衡,无法模拟子模块的电压动态,适合进行控制系统的设计和系统稳定性的分析。
2)戴维南等效模型
MMC开关函数等效模型的推导建立在三相平衡的条件上,具有一定的局限性。基于戴维南等值的MMC模型,其基本思想是把所有开关描述为阻值不同的电阻,当开关导通时,电阻值近似等于0(一般为0.01Ω),当开关关断时,电阻值很大(一般为106Ω)。开状态的判断是通过子模块的电容电压和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关信号来确定的。由于MC元件在电路上有单相串联的拓扑特点,所以流过子模块的电流是一致的。由此可以把整个MMC桥臂进行等值,等值为一个戴维南等值电路。
