CN103746583B - 一种mmc的桥臂等效仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MMC的桥臂等效仿真方法，用于解决MMC在闭锁时的仿真技术缺陷，包括如下步骤：（1）获取MMC的桥臂运行参数，桥臂运行参数包括桥臂电流和桥臂中每个子模块的开关信号S₁～S₃；（2）根据桥臂运行参数构建桥臂等效电路；桥臂等效电路包括两个等效电压源、两个等效电阻、两个等效二极管和一个等效晶闸管；（3）根据桥臂等效电路建立MMC的仿真系统，并对该系统进行仿真。本发明能够有效地将MMC中复杂的桥臂电路等效为一个简单支路，大大减少了系统的节点数及相应的仿真运算量，不仅能够大幅度地提升MMC的仿真速度，而且在MMC正常运行以及闭锁时均具备有很高的仿真精度。

Description

一种MMC的桥臂等效仿真方法

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种MMC的桥臂等效仿真方法。

背景技术

随着以绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)为主的电力电子器件的蓬勃发展，电压源型换流器(VoltageSourceConverter,VSC)在新能源并网，高压直流输电领域受到了广泛的应用。其中，基于模块化多电平换流器的MMC（ModularMultilevelConverter，模块化多电平换流器），由于其开关损耗小，对电力电子器件的应力要求低等优势成为了最具前景的VSC拓扑。

在众多MMC的拓扑结构中，三相半桥模块化多电平换流器因其扩展性强、开关频率低、能够处理直流侧故障以及谐波含量低等一系列特点受到了广泛的关注；其拓扑结构如图1所示。这种三相半桥模块化多电平换流器为三相六桥臂结构，每一相分为了上下两个桥臂，每个桥臂由N个半桥SM级联而成并通过电抗器连接于对应的相端口。

在对MMC的研究中，前人已经对其模型构建、调制技术、稳态控制技术、交流故障控制技术上做了细致而深入的研究。在模型构建的研究中，快速仿真算法的研究受到了广泛关注。众所周知，随着MMC电压等级以及容量的增大，单个桥臂所需要串联的子模块数量将随之增大。在大功率远距离输电场合，甚至需要采用换流器串并联的方法以扩大容量。如此多的子模块无疑将给换流器的电磁仿真系统搭建带来很大的工作量，为后续仿真计算带来很大的计算量。为了解决这一难题，我们迫切希望得到一种高效而又精确的快速模型。这种模型不仅适用于系统的稳态分析和控制器设计，而且适用于系统的暂态过程仿真。目前有3类稳态计算的快速模型构建方法。第一种方法将子模块中的IGBT及其反串联二极管用一个开关等效以提高仿真速度。但是随着子模块个数的增加，这种方法的仿真速度依旧较慢。第二种方法是MMC平均简化模型方法。这种方法利用MMC的数学模型构建仿真平台，较好地保留了MMC的外特性，但是其无法进行换流器内部故障以及直流故障的仿真分析。第三种方法是在第一种方法的基础上提出的稳态精度较高仿真算法，目前进行的仿真研究多基于这种快速模型进行。其将子模块中的电容器用时域戴维南等效支路替代，进而将子模块等效为一个戴维南等效支路，最终将子模块戴维南等效支路级联构成整个桥臂的戴维南等效支路。这种算法大大减少了MMC导纳矩阵的维数，加快了仿真速度。

上述的简化算法使得稳态仿真分析与部分的暂态仿真分析的效率大幅提升，但是对于子模块闭锁状态下系统的仿真，仍然存在着较大的局限，即它们无法对二极管在仿真计算中的插值做精确的处理。然而，在电磁暂态仿真中，在诸多情况下会涉及到子模块闭锁。譬如，在启动阶段，换流器内的所有的子模块都将处于闭锁状态。在进行MMC-HVDC直流故障仿真研究的时候，同样需要涉及子模块的闭锁。

发明内容

针对现有技术所存在的在MMC闭锁时的仿真技术缺陷，本发明提供了一种MMC的桥臂等效仿真方法，能够在保证仿真速度的前提下，大幅度地提升换流站闭锁情况下的仿真计算精度。

一种MMC的桥臂等效仿真方法，所述的MMC每个桥臂均由若干个子模块级联而成，所述的子模块包括两个带反并二极管的开关管T₁～T₂、一电容C₀和一晶闸管T_h；其中，晶闸管T_h的阴极与开关管T₁的源极和开关管T₂的漏极相连且作为子模块的一端，开关管T₁的漏极与电容C₀的一端相连，电容C₀的另一端与开关管T₂的源极和晶闸管T_h的阳极相连且作为子模块的另一端，两个开关管T₁～T₂的栅极以及晶闸管T_h的门极分别接收外部设备提供的开关信号S₁～S₃；该方法包括如下步骤：

（1）获取MMC的桥臂运行参数，所述的桥臂运行参数包括桥臂电流和桥臂中每个子模块的开关信号S₁～S₃；

（2）根据所述的桥臂运行参数构建桥臂等效电路；

所述的桥臂等效电路包括两个等效电压源、两个等效电阻、两个等效二极管和一个等效晶闸管；其中，第一等效电压源的正极作为桥臂的正极端，负极与第一等效电阻的一端相连；第一等效电阻的另一端与等效晶闸管的阴极、第一等效二极管的阳极和第二等效二极管的阴极相连，第一等效二极管的阴极与第二等效电压源的正极相连，第二等效电压源的负极与第二等效电阻的一端相连，第二等效电阻的另一端与第二等效二极管的阳极和等效晶闸管的阳极相连且作为桥臂的负极端；等效晶闸管的门极接收开关信号S₃；

（3）根据所述的桥臂等效电路建立MMC的仿真系统，并对该系统进行仿真。

所述的等效晶闸管的通态电阻为NR_thy，关断电阻为R_off；等效二极管的通态电阻为NR_on，关断电阻为R_off；其中，N为桥臂子模块的级联个数，R_thy为晶闸管T_h的通态电阻，R_on为反并二极管的通态电阻。

所述的通态电阻R_thy为0.01Ω，所述的通态电阻R_on为0.01Ω，所述的关断电阻为1×10⁶Ω。

所述的等效晶闸管以及等效二极管的通态电阻的阻值考虑了桥臂中子模块的个数，关断电阻的阻值为一个很大的数值，保证了IGBT关断后通过极小的电流。

当MMC处于正常运行状态下：

开关信号S₁与开关信号S₂互补，开关信号S₃为关断电平；

所述的两个等效电压源的电压值以及两个等效电阻的电阻值的计算公式如下：

$u_{\mathrm{eq}1}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{smjeq}}\left(t\right)$

u_eq2(t)=0

$R_{\mathrm{eq}1}=\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{smj}}\right)-N{R}_{\mathrm{on}}$

R_eq2=0

$u_{\mathrm{smjeq}}\left(t\right)=\frac{R_{2j}}{R_{1j}+R_{2j}+R_{\mathrm{cj}}}{u}_{\mathrm{cjeq}}\left(t\right)$

u_cjeq(t)=R_cji_cj(t)+u_cj(t)

u_cj(t)=R_cji_cj(t)+u_cjeq(t-△T)

$i_{\mathrm{cj}}\left(t\right)=\frac{R_{2j}{i}_{\mathrm{arm}}\left(t\right)-u_{\mathrm{cjeq}}(t-\mathrm{\ΔT})}{R_{1j}+R_{2j}+R_{\mathrm{cj}}}$

$R_{\mathrm{smj}}=R_{2j}(1-\frac{R_{2j}}{R_{1j}+R_{2j}+R_{\mathrm{cj}}})$

$R_{\mathrm{cj}}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C_j}$

其中：u_eq1(t)为t时刻第一等效电压源的电压值，u_eq2(t)为t时刻第二等效电压源的电压值，R_eq1为第一等效电阻的电阻值，R_eq2为第二等效电阻的电阻值，u_smjeq(t)为t时刻桥臂中第j个子模块历史电压源的电压值，R_smj为桥臂中第j个子模块的戴维南等效电阻值，R_1j为桥臂第j个子模块中开关管T₁的等效阻值，R_2j为桥臂第j个子模块中开关管T₂的等效阻值，ΔT为仿真步长，C_j为桥臂第j个子模块中电容C₀的容值，i_arm(t)为t时刻的桥臂电流值，u_cjeq(t)和u_cjeq(t-ΔT)分别为t时刻和t-ΔT时刻桥臂第j个子模块中电容C₀历史电压源的电压值，j为自然数且1≤j≤N。

若桥臂第j个子模块的开关信号S₁为开通电平，开关信号S₂为关断电平，则等效电阻R_1j的阻值为0.01Ω，等效电阻R_2j的阻值为1×10⁶Ω；

若桥臂第j个子模块的开关信号S₁为关断电平，开关信号S₂为开通电平，则等效电阻R_1j的阻值为1×10⁶Ω，等效电阻R_2j的阻值为0.01Ω。

当MMC处于闭锁状态下：

开关信号S₁与开关信号S₂均为关断电平，开关信号S₃为开通电平；

所述的两个等效电压源的电压值以及两个等效电阻的电阻值的计算公式如下：

u_eq1(t)=0

$u_{\mathrm{eq}2}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{cjeq}}^{*}\left(t\right)$

R_eq1=0

R_eq2=NR_cj

$u_{\mathrm{cjeq}}^{*}\left(t\right)=R_{\mathrm{cj}}{i}_{D_{1\mathrm{\Σ}}}\left(t\right)+u_{\mathrm{cj}}^{*}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{cj}}^{*}\left(t\right)=R_{\mathrm{cj}}{i}_{D_{1\mathrm{\Σ}}}\left(t\right)+u_{\mathrm{cjeq}}^{*}(t-\mathrm{\ΔT})$

$R_{\mathrm{cj}}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C_j}$

其中：和分别为t时刻和t-ΔT时刻桥臂第j个子模块中电容C₀历史电压源的电压值，为t时刻桥臂等效电路中流经第一等效二极管的电流值。

所述的开关管为IGBT。

在MMC闭锁状态下，本发明的等效电路可以将原本复杂的桥臂电路化简为简单的不含IGBT的桥臂电路，使得子模块SM在闭锁状态下的桥臂电路得到极大简化。

本发明利用数值计算以及电磁仿真的内部机理，能够有效地将MMC中复杂的桥臂电路等效为一个由受控电压源、可调电阻、二极管以及晶闸管构成的简单支路，大大减少了系统的节点数及相应的仿真运算量；故本发明不仅能够大幅度地提升MMC的仿真速度，而且在MMC正常运行以及闭锁时均具备有很高的仿真精度。

附图说明

图1为现有的三相半桥模块化多电平换流器的结构示意图。

图2为本发明的桥臂等效电路的结构示意图。

图3为本发明仿真方法的步骤流程图。

图4为本发明中MMC的仿真系统的结构示意图。

图5(a)为MMC启动仿真下真实模块搭建的仿真系统的仿真结果图。

图5(b)为MMC启动仿真下传统仿真模型搭建的仿真系统的仿真结果图。

图5(c)为MMC启动仿真下本发明所搭建的仿真系统的仿真结果图。

图5(d)为MMC启动仿真下本发明所搭建的仿真系统的仿真误差图。

图6(a)为MMC直流故障仿真下真实模块搭建的仿真系统的仿真结果图。

图6(b)为MMC直流故障仿真下传统仿真模型搭建的仿真系统的仿真结果图。

图6(c)为MMC直流故障仿真下本发明所搭建的仿真系统的仿真结果图。

图6(d)为MMC直流故障仿真下本发明所搭建的仿真系统的仿真误差图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明仿真方法进行详细说明。

如图3所示，一种MMC的桥臂等效仿真方法，包括如下步骤：

本实施方式中，MMC为三相半桥模块化多电平换流器，如图1所示，其为三相六桥臂结构，每个相有两个桥臂，每个桥臂由N个子模块SM级联而成并通过电抗器连接于对应的相端口。子模块SM由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT₁～IGBT₂、两个二极管D₁～D₂、一个晶闸管T_h和一个电容C₀组成；其中，晶闸管T_h的阴极与IGBT₁的源极、二极管D₁的阳极、IGBT₂的漏极和二极管D₂的阴极相连且作为子模块SM的一端，IGBT₁的漏极与二极管D₁的阴极和电容C₀的一端相连，晶闸管T_h的阳极与IGBT₂的源极、二极管D₂的阳极和电容C₀的另一端相连且作为SM的另一端，两个开关管T₁～T₂的栅极以及晶闸管T_h的门极分别接收外部设备提供的开关信号S₁～S₃；其中MMC正常运行时，每个子模块SM中的IGBT₁接收的开关信号S₁与IGBT₂接收的开关信号S₂互补，晶闸管T_h处于关断状态；MMC闭锁时，每个子模块SM中的IGBT₁和IGBT₂关断，晶闸管T_h开通。

（1）获取MMC的桥臂运行参数，

桥臂运行参数包括桥臂电流和桥臂中每个子模块的开关信号S₁～S₃；

（2）根据桥臂运行参数构建桥臂等效电路；

如图2所示，本实施方式中，单个桥臂的桥臂等效电路由两个等效电压源u_eq1～u_eq2、两个等效电阻R_eq1～R_eq2、两个等效二极管D_1∑～D_2∑和一个等效晶闸管T_h∑组成；其中，等效电压源u_eq1的正极作为桥臂的正极端，负极与等效电阻R_eq1的一端相连；等效电阻R_eq1的另一端与等效晶闸管T_h∑的阴极、等效二极管D_1∑的阳极和等效二极管D_2∑的阴极相连，等效二极管D_1∑的阴极和等效电压源u_eq2的正极相连，等效电压源u_eq2的负极与等效电阻R_eq2的一端相连，等效电阻R_eq2的另一端与等效二极管D_2∑的阳极和等效晶闸管T_h∑的阳极相连且作为桥臂的负极端；等效晶闸管的门极接收开关信号S₃。

在本实施例中，每个桥臂子模块的个数N为10个，晶闸管T_h的通态电阻R_thy为0.01Ω，二极管D₁和D₂的通态电阻R_on均为0.01Ω，等效晶闸管T_hΣ的通态电阻为10乘以0.01Ω，即0.1Ω；其关断电阻为1×10⁶Ω。等效二极管D_1Σ和D_2Σ的通态电阻均为10乘以0.01Ω，即0.1Ω；其关断电阻为1×10⁶Ω。

本实施方式中，IGBT₁、IGBT₂和晶闸管T_h高电平有效，即：

当IGBT₁导通，IGBT₂关断且晶闸管T_h关断时，开关信号S₁为高电平、开关信号S₂为低电平、开关信号S₃为低电平；此时，MMC处于正常状态。

当IGBT₁关断，IGBT₂导通且晶闸管T_h关断时，开关信号S₁为低电平、开关信号S₂为高电平、开关信号S₃为低电平；此时，MMC处于正常状态。

当IGBT₁关断，IGBT₂关断且晶闸管T_h导通时，开关信号S₁为低电平、开关信号S₂为低电平、开关信号S₃为高电平；此时，MMC处于闭锁状态。

当MMC处于正常运行状态下:

等效晶闸管T_hΣ处于关断的状态，即其开关信号S₃为低电平。

两个等效电压源u_eq1～u_eq2的电压值以及两个等效电阻R_eq1～R_eq2的电阻值的计算公式如下：

$u_{\mathrm{eq}1}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{smjeq}}\left(t\right)$

u_eq2(t)=0

$R_{\mathrm{eq}1}=\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{smj}}\right)-N{R}_{\mathrm{on}}$

R_eq2=0

$u_{\mathrm{smjeq}}\left(t\right)=\frac{R_{2j}}{R_{1j}+R_{2j}+R_{\mathrm{cj}}}{u}_{\mathrm{cjeq}}\left(t\right)$

u_cjeq(t)=R_cji_cj(t)+u_cj(t)

u_cj(t)=R_cji_cj(t)+u_cjeq(t-△T)

$i_{\mathrm{cj}}\left(t\right)=\frac{R_{2j}{i}_{\mathrm{arm}}\left(t\right)-u_{\mathrm{cjeq}}(t-\mathrm{\ΔT})}{R_{1j}+R_{2j}+R_{\mathrm{cj}}}$

$R_{\mathrm{smj}}=R_{2j}(1-\frac{R_{2j}}{R_{1j}+R_{2j}+R_{\mathrm{cj}}})$

$R_{\mathrm{cj}}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C_j}$

其中:u_eq1(t)为t时刻等效电压源u_eq1的电压值，u_eq2(t)为t时刻等效电压源u_eq2的电压值，R_eq1为等效电阻R_eq1的电阻值，R_eq2为等效电阻R_eq2的电阻值，R_smj为桥臂中第j个子模块SM的戴维南等效电阻值，R_1j为桥臂第j个子模块SM中开关管T₁的等效阻值，R_2j为桥臂第j个子模块SM中开关管T₂的等效阻值，ΔT为仿真步长，C_j为桥臂第j个子模块SM中电容C₀的容值，i_arm(t)为t时刻的桥臂电流值，u_cjeq(t)和u_cjeq(t-ΔT)分别为t时刻和t-ΔT时刻桥臂第j个子模块SM中电容C₀历史电压源的电压值，j为自然数且1≤j≤10。

当第j个SM中的IGBT₁导通，IGBT₂关断时，R_1j的取值为0.01Ω，R_2j的取值为1×10⁶Ω。

当第j个SM中的IGBT₁关断，IGBT₂导通时，R_1j的取值为1×10⁶Ω，R_2j的取值为0.01Ω。

当MMC处于闭锁状态下：

等效晶闸管T_hΣ处于导通的状态，即其开关信号S₃为高电平。

两个等效电压源u_eq1～u_eq2的电压值和两个等效电阻R_eq1～R_eq2的阻值的计算公式如下：

u_eq1(t)=0

$u_{\mathrm{eq}2}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{cjeq}}^{*}\left(t\right)$

R_eq1=0

R_eq2=NR_cj

$u_{\mathrm{cjeq}}^{*}\left(t\right)=R_{\mathrm{cj}}{i}_{D_{1\mathrm{\Σ}}}\left(t\right)+u_{\mathrm{cj}}^{*}\left(t\right)$

$u_{\mathrm{cj}}^{*}\left(t\right)=R_{\mathrm{cj}}{i}_{D_{1\mathrm{\Σ}}}\left(t\right)+u_{\mathrm{cjeq}}^{*}(t-\mathrm{\ΔT})$

$R_{\mathrm{cj}}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{2C_j}$

其中：和分别为t时刻和t-ΔT时刻桥臂第j个子模块中电容C₀历史电压源的电压值，为t时刻桥臂等效电路中流经第一等效二极管的电流值。

（3）根据所述的桥臂等效电路建立MMC的仿真系统，并对该系统进行仿真。

根据步骤（1）至（2），遍历MMC中的所有桥臂；从而得到MMC的仿真系统。本发明利用电力系统电磁暂态仿真软件对MMC的仿真系统进行仿真，该仿真系统如图4所示，该仿真系统的仿真参数如表1所示；仿真情景分为MMC启动仿真与直流故障仿真两个仿真情景。

表1

系统频率(Hz)	50
		模块电容(uF)	1000
桥臂电感(H)	0.055
		半桥子模块个数	10
交流母线电压(kV)	110
		直流电缆电压(kV)	±200
有功功率、无功功率控制信号(MW)	(400，0)
		仿真步长(s)	2×10-5

仿真情景1：在真实桥臂所搭建的仿真系统、参考文献(U.N.Gnanarathna,A.M.Gole,R.P.Jayasinghe.EfficientmodelingofmodularmultilevelHVDCconverters(MMC)onelectromagnetictransientsimulationprograms[J].IEEETransactionsonPowerDelievery.2011,26(1):316-324.)的实施方式所构建的仿真系统（以下称为传统快速仿真模型）以及本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统中分别进行MMC启动仿真。在启动仿真过程中，MMC的启动分为两个阶段。初始阶段为由反并联二极管向电容器充电的不控预充电阶段，在这个阶段所有子模块处于闭锁状态。当子模块的电容电压满足子模块控制器的取能要求后，解锁换流器，转入第二阶段的直流电压控制充电阶段。图5(a)为真实仿真模型的启动仿真结果；图5(b)为传统快速仿真模型的启动仿真结果；图5(c)为本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统的仿真结果。图5(d)为本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统与真实系统的仿真结果的绝对仿真误差。前两行为子模块电压以及桥臂电流的对比图，后三行为阀电流，阀电压以及直流电压的变化曲线。对比结果显示传统快速仿真模型没有考虑闭锁情况下MMC快速仿真的实现，因此在阀侧电压以及直流电压上出现明显的畸变点。而使用本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统后，子模块闭锁后的插值问题得到了很好地解决，仿真结果中并未出现畸变点，其仿真结果与真实模型在充电的两个阶段均具有很高的吻合度，这说明了在换流站启动仿真时，用本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统在MMC启动时，内部状态量变化以及外部特性的精度很高。

仿真情景2：换流器闭锁的另一个场合是在MMC-HVDC发生直流故障的时候。在MMC-HVDC发生直流线路故障之后，需要将换流器进行闭锁，并且将交流断路器断开以彻底隔离直流故障。在真实桥臂所搭建的仿真系统、参考文献(U.N.Gnanarathna,A.M.Gole,R.P.Jayasinghe.EfficientmodelingofmodularmultilevelHVDCconverters(MMC)onelectromagnetictransientsimulationprograms[J].IEEETransactionsonPowerDelievery.2011,26(1):316-324.)的实施方式所构建的仿真系统以及本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统中分别进行MMC直流故障的仿真。直流故障于3.5s发生于电缆中，换流站在发生直流故障0.005s后闭锁，两侧MMC的交流断路器于3.61s断开。三个模型的对比仿真结果如下图6所示。其中，图6(a)为MMC直流故障仿真下真实模块搭建的仿真系统的仿真结果图，图6(b)为MMC直流故障仿真下传统仿真模型搭建的仿真系统的仿真结果图，图6(c)为MMC直流故障仿真下本发明所搭建的仿真系统的仿真结果图，图6(d)为MMC直流故障仿真下本发明所搭建的仿真系统的仿真误差图。同样地，由图可知，在直流故障期间，传统快速仿真模型由于忽略了二极管以及晶闸管的插值问题，在直流电压以及阀侧电压上出现了很大的畸变，而本实施方式等效桥臂所搭建的仿真系统与真实模型搭建的仿真系统无论在换流器内部特性还是在外系统特性上都具备着很高的一致性。在换流器闭锁后，并未出现畸变的电压，这说明闭锁后二极管的插值过程在仿真计算中进行了处理。

Claims (9)

1.一种MMC的桥臂等效仿真方法，所述的MMC每个桥臂均由若干个子模块级联而成，所述的子模块包括两个带反并联二极管的开关管T₁～T₂、一电容C₀和一晶闸管T_h；其中，晶闸管T_h的阴极与开关管T₁的源极和开关管T₂的漏极相连且作为子模块的一端，开关管T₁的漏极与电容C₀的一端相连，电容C₀的另一端与开关管T₂的源极和晶闸管T_h的阳极相连且作为子模块的另一端，两个开关管T₁～T₂的栅极以及晶闸管T_h的门极分别接收外部设备提供的开关信号S₁～S₃；该方法包括如下步骤：

(1)获取MMC的桥臂运行参数，所述的桥臂运行参数包括桥臂电流和桥臂中每个子模块的开关信号S₁～S₃；

(2)根据所述的桥臂运行参数构建桥臂等效电路；

所述的桥臂等效电路包括两个等效电压源、两个等效电阻、两个等效二极管和一个等效晶闸管；其中，第一等效电压源的正极作为桥臂的正极端，负极与第一等效电阻的一端相连；第一等效电阻的另一端与等效晶闸管的阴极、第一等效二极管的阳极和第二等效二极管的阴极相连，第一等效二极管的阴极与第二等效电压源的正极相连，第二等效电压源的负极与第二等效电阻的一端相连，第二等效电阻的另一端与第二等效二极管的阳极和等效晶闸管的阳极相连且作为桥臂的负极端；等效晶闸管的门极接收开关信号S₃；

(3)根据所述的桥臂等效电路建立MMC的仿真系统，并对该系统进行仿真。

2.根据权利要求1所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：所述的等效晶闸管的通态电阻为NR_thy，关断电阻为R_off；等效二极管的通态电阻为NR_on，关断电阻为R_off；其中，N为桥臂子模块的级联个数，R_thy为晶闸管T_h的通态电阻，R_on为反并联二极管的通态电阻。

3.根据权利要求1所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：当MMC处于正常运行状态下，开关信号S₁与开关信号S₂互补，开关信号S₃为关断电平；

所述的两个等效电压源的电压值以及两个等效电阻的电阻值的计算公式如下：

$u_{eq1}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{u}_{smjeq}\left(t\right)$

u_eq2(t)＝0

$R_{eq1}=\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{R}_{smj}\right)-{\mathrm{NR}}_{on}$

R_eq2＝0

其中：u_eq1(t)为t时刻第一等效电压源的电压值，u_eq2(t)为t时刻第二等效电压源的电压值，R_eq1为第一等效电阻的电阻值，R_eq2为第二等效电阻的电阻值，u_smjeq(t)为t时刻桥臂中第j个子模块历史电压源的电压值，R_smj为桥臂中第j个子模块的戴维南等效电阻值，R_on为反并联二极管的通态电阻，j为自然数且1≤j≤N，N为桥臂子模块的级联个数。

4.根据权利要求3所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：所述的电压值u_smjeq(t)的计算公式如下：

$u_{smjeq}\left(t\right)=\frac{R_{2j}}{R_{1j}+R_{2j}+R_{cj}}{u}_{cjeq}\left(t\right)$

u_cjeq(t)＝R_cji_cj(t)+u_cj(t)

u_cj(t)＝R_cji_cj(t)+u_cjeq(t-ΔT)

$i_{cj}\left(t\right)=\frac{R_{2j}{i}_{arm}\left(t\right)-u_{cjeq}(t-\mathrm{\Δ}T)}{R_{1j}+R_{2j}+R_{cj}}$

$R_{cj}=\frac{\mathrm{\Δ}T}{2C_j}$

其中：R_1j为桥臂第j个子模块中开关管T₁的等效阻值，R_2j为桥臂第j个子模块中开关管T₂的等效阻值，ΔT为仿真步长，C_j为桥臂第j个子模块中电容C₀的容值，i_arm(t)为t时刻的桥臂电流值，u_cjeq(t)和u_cjeq(t-ΔT)分别为t时刻和t-ΔT时刻桥臂第j个子模块中电容C₀历史电压源的电压值。

5.根据权利要求3所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：所述的戴维南等效电阻值R_smj的计算公式如下：

$R_{smj}=R_{2j}(1-\frac{R_{2j}}{R_{1j}+R_{2j}+R_{cj}})$

$R_{cj}=\frac{\mathrm{\Δ}T}{2C_j}$

其中：R_1j为桥臂第j个子模块中开关管T₁的等效阻值，R_2j为桥臂第j个子模块中开关管T₂的等效阻值，ΔT为仿真步长，C_j为桥臂第j个子模块中电容C₀的容值。

6.根据权利要求4或5所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：

若桥臂第j个子模块的开关信号S₁为开通电平，开关信号S₂为关断电平，则等效电阻R_1j的阻值为0.01Ω，等效电阻R_2j的阻值为1×10⁶Ω；

若桥臂第j个子模块的开关信号S₁为关断电平，开关信号S₂为开通电平，则等效电阻R_1j的阻值为1×10⁶Ω，等效电阻R_2j的阻值为0.01Ω。

7.根据权利要求1所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：当MMC处于闭锁状态下，开关信号S₁与开关信号S₂均为关断电平，开关信号S₃为开通电平；

所述的两个等效电压源的电压值以及两个等效电阻的电阻值的计算公式如下：

u_eq1(t)＝0

$u_{eq2}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{u}_{cjeq}^{*}\left(t\right)$

R_eq1＝0

$\begin{array}{cc}{R}_{eq2}={\mathrm{NR}}_{cj}& R_{cj}=\frac{\mathrm{\Δ}T}{2C_j}\end{array}$

其中：u_eq1(t)为t时刻第一等效电压源的电压值，u_eq2(t)为t时刻第二等效电压源的电压值，R_eq1为第一等效电阻的电阻值，R_eq2为第二等效电阻的电阻值，为t时刻桥臂第j个子模块中电容C₀历史电压源的电压值，ΔT为仿真步长，C_j为桥臂第j个子模块中电容C₀的容值，N为桥臂子模块的级联个数，j为自然数且1≤j≤N。

8.根据权利要求7所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：所述的电压值的计算公式如下：

$u_{cjeq}^{*}\left(t\right)=-R_{cj}{i}_{D_{1\mathrm{\Σ}}}\left(t\right)+u_{cj}^{*}\left(t\right)$

$u_{cj}^{*}\left(t\right)=R_{cj}{i}_{D_{1\mathrm{\Σ}}}\left(t\right)+u_{cjeq}^{*}(t-\mathrm{\Δ}T)$

其中：为t时刻桥臂等效电路中流经第一等效二极管的电流值，为t-ΔT时刻第j个子模块中电容C₀历史电压源的电压值。

9.根据权利要求2所述的MMC的桥臂等效仿真方法，其特征在于：所述的通态电阻R_thy为0.01Ω，所述的通态电阻R_on为0.01Ω，所述的关断电阻R_off为1×10⁶Ω。