李永乐
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摘要：针对MMC-HVDC轻型直流输电系统电磁暂态仿真用时较长问题，本文提出了一种模块化多电平换流器电磁暂态快速仿真方法，该方法可以准确模拟柔性直流输电系统各种正常运行工况。在PSCAD/EMTDC仿真平台上分别建立了50级联柔性直流输电系统等效模型和实际模型，并对该等效建模方法进行了评估，评估结果证明了该方法的正确性与高效性。
关键词：高压直流输电；模块化多电平换流器；电磁暂态仿真
引言：随着环境问题和能源危机的加剧，风能、太阳能等可再生能源发电得到了突飞猛进的发展。轻型直流输电技术作为清洁能源并网的有效手段，受到了越来越多人的重视[1-3]。基于两电平或者三电平换流技术的柔性直流输电技术，交流侧电压谐波含量较高，而且需要体积庞大的交流滤波器，增加了换流站的成本和占地。模块化多电平换流技术（ModularMultilevelConverter,MMC）作为一种新型的换流技术，它模块化程度高，易于扩展，可以实现任意电平输出，在柔性直流输电领域具有明显优势[4]。电磁暂态仿真是分析和设计柔性直流输电系统的必要手段。电压源换流器采用全控型开关器件，其开关频率较高，显著增加了仿真软件的负担，消耗较多的仿真时间[5-6]。在西门子公司的“TransBayCable”工程中，桥臂子模块数目已经达到200[7]。基于MMC电磁暂态仿真过程中，随着子模块数目的增多，极大的增加了仿真负担。因此，需要设计一种常快速的电磁暂态仿真方法，简化系统电路，缩短仿真用时。
1MMC等效建模方法
如果上下桥臂互补通断，则子模块只在投入和切除状态之间相互切换，闭锁状态不会出现。这样单个桥臂中的一组IGBT和续流二极管可用一个理想开关等效。IGBT的触发信号作为该开关的通断信号，可得图4所示的子模块等效简化电路。
2仿真分析
为了验证MMC等效建模方法的正确性与有效性，在PSCAD中建立分别了50级联MMC-HVDC直流输电系统等效模型和实际模型。
中，等效模型和实际的模型参数、控制策略完全相同。其中，交流电压为160kV，系统阻抗为0.5Ω，桥臂电抗为0.05H，子模块电容容值为3500uF，直流线路长度为20km，采用PSCAD频域电缆模型，IGBT和二极管的通态电阻为0.01Ω，断态电阻为1e6Ω，仿真步长设为10us。在调制策略方面，等效模型和实际模型均采用最近电平调制方法。在控制策略方面，整流侧采用定功率控制，逆变侧采用定电压控制。仿真过程中考虑了柔性直流输电系统的启动过程，其启动方法和启动策略与文章内容无关，不再赘述。
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