Efficient Simulation Method for Electromagnetic Transient of Clamp Double Sub-module Modular Multi-level Converter Considering Capacitance Transition Process

LIU Jin; QIU Zijian; PANG Bohan; GUO Haiping; XU Mingwang; YAO Shujun

doi:10.7500/AEPS20210930004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Efficient Simulation Method for Electromagnetic Transient of Clamp Double Sub-module Modular Multi-level Converter Considering Capacitance Transition Process

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Efficient Simulation Method for Electromagnetic Transient of Clamp Double Sub-module Modular Multi-level Converter Considering Capacitance Transition Process
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 24, Pages: 170-177(2022)
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学电气与电子工程学院,北京市 102206
  2.国网北京市电力公司,北京市 100031
  3.直流输电技术国家重点实验室(中国南方电网科学研究院有限责任公司),广东省广州市 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB2400500);China Southern Power Grid Company Limited
- DOI：10.7500/AEPS20210930004
  CLC：
- Received：30 September 2021，
  
  Revised：2022-04-24，
  
  Published Online：27 October 2022，
  
  Published：25 December 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
刘晋,邱子鉴,庞博涵等.计及电容过渡过程的双钳位型MMC电磁暂态高效仿真方法[J].电力系统自动化,2022,46(24):170-177.

LIU Jin,QIU Zijian,PANG Bohan,et al.Efficient Simulation Method for Electromagnetic Transient of Clamp Double Sub-module Modular Multi-level Converter Considering Capacitance Transition Process[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):170-177.
刘晋,邱子鉴,庞博涵等.计及电容过渡过程的双钳位型MMC电磁暂态高效仿真方法[J].电力系统自动化,2022,46(24):170-177. DOI： 10.7500/AEPS20210930004.

LIU Jin,QIU Zijian,PANG Bohan,et al.Efficient Simulation Method for Electromagnetic Transient of Clamp Double Sub-module Modular Multi-level Converter Considering Capacitance Transition Process[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(24):170-177. DOI： 10.7500/AEPS20210930004.

摘要

针对在电磁暂态程序中双钳位子模块型模块化多电平换流器（CDSM-MMC）拓扑复杂、仿真速度慢的问题，将半隐式延迟解耦法应用于CDSM-MMC的电磁暂态快速仿真研究中，提出一种计及并联电容过渡过程，且解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行的高效仿真方法。首先，建立了双钳位子模块的状态空间方程，通过分裂系统矩阵，应用不同积分格式变量间的时间延迟特性，得到正常状态和闭锁状态下计及并联电容过渡过程的双钳位子模块的解耦模型；然后，分析了该模型的特点，设计了计算时序和流程；最后，通过算例验证了文中模型在大幅提高CDSM-MMC仿真效率的基础上，还兼顾了较高的仿真精度。

Abstract

Aiming at the problems of complex topology and slow simulation speed of clamp double sub-module (CDSM) modular multi-level converter (CDSM-MMC) in the electromagnetic transient program

the semi-implicit delay decoupling method is applied to the fast simulation research of the electromagnetic transient of CDSM-MMC. A efficienct simulation method with simple decoupling circuit

constant admittance matrix

and easy parallelism is proposed

which takes into account the transition process of shunt capacitors. First

the state space equation of the CDSM is established. By splitting the system matrix and applying the time delay characteristics between variables of different integral formats

the decoupling model of CDSM considering the transition process of the shunt capacitor in the normal state and the blocking state is obtained. Then

the characteristics of the model are analyzed and the calculation timing and flow are designed. Finally

an example is used to verify that the model in this paper not only greatly improves the simulation efficiency of the CDSM-MMC

but also takes into account the higher simulation accuracy.

关键词

Keywords

references

汤广福，贺之渊，庞辉 . 柔性直流输电工程技术研究、应用及发展［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 15 ）： 3 - 14 .

TANG Guangfu ， HE Zhiyuan ， PANG Hui . Research， application and development of VSC-HVDC engineering technology ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 15 ）： 3 - 14 .

陈武晖，吴明哲，张军，等 . 模块化多电平换流器电磁暂态模型研究综述［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4755 - 4765 .

CHEN Wuhui ， WU Mingzhe ， ZHANG Jun ， et al . Review of electromagnetic transient modeling of modular multilevel converters ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4755 - 4765 .

樊强，赵西贝，赵成勇，等 . 模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 126 - 133 .

FAN Qiang ， ZHAO Xibei ， ZHAO Chengyong ， et al . Adaptive fault current limiting control strategy for modular multilevel converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 126 - 133 .

汤广福，庞辉，贺之渊 . 先进交直流输电技术在中国的发展与应用［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1760 - 1771 .

TANG Guangfu ， PANG Hui ， HE Zhiyuan . R & D and application of advanced power transmission technology in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1760 - 1771 .

FRANQUELO L G ， RODRIGUEZ J ， LEON J I ， et al . The age of multilevel converters arrives ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2008 ， 2 （ 2 ）： 28 - 39 .

陈东，乐波，梅念，等 . ±320 kV厦门双极柔性直流输电工程系统设计［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 14 ）： 180 - 185 .

CHEN Dong ， YUE Bo ， MEI Nian ， et al . System design of bipolar voltage source converter based on high voltage direct current transmission project ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 14 ）： 180 - 185 .

GOETZ S M ， PETERCHEV A V ， WEYH T . Modular multilevel converter with series and parallel module connectivity： topology and control ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 1 ）： 203 - 215 .

PRIYA M ， PONNAMBALAM P ， MURALIKUMAR K . Modular-multilevel converter topologies and applications—a review ［J］. IET Power Electronics ， 2019 ， 12 （ 2 ）： 170 - 183 .

MARQUARDT R . Modular multilevel converter： an universal concept for HVDC-networks and extended DC-bus-applications ［C］// The 2010 International Power Electronics Conference-ECCE Asia ， June 21-24 ， 2010 ， Sapporo， Japan ： 502 - 507 .

MARQUARDT R . Modular multilevel converter topologies with DC-short circuit current limitation ［C］// 8th International Conference on Power Electronics-ECCE Asia ， May 30-June 3 ， 2011 ， Jeju， South Korea ： 1425 - 1431 .

丁云芝，苏建徽，周建 . 基于钳位双子模块的MMC故障清除和重启能力分析［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 1 ）： 97 - 103 .

DING Yunzhi ， SU Jianhui ， ZHOU Jian . Analysis on fault current limitation and self-recovery of MMC based on clamp double sub-module ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 1 ）： 97 - 103 .

贺之渊，陆晶晶，刘天琪，等 . 柔性直流电网故障电流抑制关键技术与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 2 ）： 173 - 183 .

许建中，李承昱，熊岩，等 . 模块化多电平换流器高效建模方法研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 13 ）： 3381 - 3392 .

XU Jianzhong ， LI Chengyu ， XIONG Yan ， et al . A review of efficient modeling methods for modular multilevel converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 13 ）： 3381 - 3392 .

GNANARATHNA U N ， GOLE A M ， JAYASINGHE R P . Efficient modeling of modular multilevel HVDC converters （MMC） on electromagnetic transient simulation programs ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2011 ， 26 （ 1 ）： 316 - 324 .

颜新洋，么莉，张炳达，等 . 采用模块组多样性等效的模块化多电平换流器实时仿真［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 12 ）： 142 - 150 .

林雪华，郭琦，郭海平，等 . 基于FPGA的柔性直流实时仿真技术及试验系统［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 33 - 39 .

LIN Xuehua ， GUO Qi ， GUO Haiping ， et al . FPGA based real-time simulation technology and test system of flexible DC ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 33 - 39 .

徐东旭，刘崇茹，王洁聪，等 . 钳位双子模块型MMC的电磁暂态等效模型［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 10 ）： 3176 - 3183 .

XU Dongxu ， LIU Chongru ， WANG Jiecong ， et al . Equivalent electromagnetic transient model of CDSM-MMC ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 10 ）： 3176 - 3183 .

赵禹辰，徐义良，赵成勇，等 . 单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 16 ）： 4658 - 4667 .

ZHAO Yuchen ， XU Yiliang ， ZHAO Chengyong ， et al . Generalized electromagnetic transient （EMT） equivalent modeling of MMCs with arbitrary single-port sub-module structures ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 16 ）： 4658 - 4667 .

徐义良，赵成勇，赵禹辰，等 . 双端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 20 ）： 6079 - 6090 .

XU Yiliang ， ZHAO Chengyong ， ZHAO Yuchen ， et al . Generalized electromagnetic transient （EMT） equivalent modeling of MMCs with arbitrary two-port sub-module structures ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 20 ）： 6079 - 6090 .

姚蜀军，庞博涵，曾子文，等 . 半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法（二）：单端口子模块MMC通用解耦与快速仿真［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 13 ）： 4775 - 4785 .

YAO Shujun ， PANG Bohan ， ZENG Ziwen ， et al . Semi-implicit latency decoupling technology based electromagnetic transient simulation—part Ⅱ： general decoupling and fast simulation for single-port sub-module MMC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 13 ）： 4775 - 4785 .

徐政，屠卿瑞，管敏渊 . 柔性直流输电系统［M］. 北京：机械工业出版社， 2013 ： 14 - 19 .

XU Zheng ， TU Qingrui ， GUAN Minyuan . Flexible DC power transmission system ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2013 ： 14 - 19 .

王洁聪，刘崇茹，徐东旭，等 . 基于RTDS的模块化多电平换流器闭锁状态仿真建模方法［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 16 ）： 3686 - 3696 .

WANG Jiecong ， LIU Chongru ， XU Dongxu ， et al . Simulation method of modular multilevel converter blocking state based on RTDS ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 16 ）： 3686 - 3696 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Fine-grained Parallel and Multi-rate Electromagnetic Transient Simulation for Power System with Renewable Energy

Electromagnetic Transient Decoupling of Photovoltaic Power Generation Units and Fast Simulation Method

Related Author

GUO Haiping

WANG Qiguo

XU Jin

WANG Keyou

ZHOU Jianqi

FAN Tao

ZHANG Chunqiang

LIU Gang

Related Institution

State Key Laboratory of HVDC (Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid Company Limited)

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion, Ministry of Education(Shanghai Jiao Tong University)

Jiaxing Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd.

Digital Work Department of State Grid Corporation of China

⁰