CN104953873B

CN104953873B - 一种混合结构模块化多电平换流器仿真模型

Info

Publication number: CN104953873B
Application number: CN201510329725.XA
Authority: CN
Inventors: 徐飞; 李耀华; 王平; 李子欣; 高范强
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2017-07-07
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: CN104953873A

Abstract

一种混合结构模块化多电平换流器仿真模型，所述的仿真模型由六个相同桥臂等效电路构成。每个桥臂中不控半桥功率模块等效为两只二极管(D₁，D₂)及第一电压源(S₁)，不控全桥功率模块等效为四只二极管(D₃，D₄，D₅，D₆)及第二电压源(S₂)，受控半桥功率模块和全桥功率模块等效为第三电压源(S₃)。所述仿真模型可实现混合结构模块化多电平换流器在各工况下的电磁暂态快速仿真。

Description

一种混合结构模块化多电平换流器仿真模型

技术领域

本发明涉及一种混合结构模块化多电平换流器仿真模型。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的高压柔性直流输电系统(VSC-HVDC)具有四象限运行、滤波器小、可向无源网络供电等诸多优点，其在输电领域获得了广泛关注。

模块化多电平换流器电路拓扑有半桥结构模块和全桥结构模块两种类型。对于半桥结构模块化多电平换流器，当直流侧出现短路故障时，其交流电源、绝缘栅双极型晶闸管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)反并联二极管与直流短路点将构成短路回路，造成模块化多电平换流器系统严重过流。对于高电压且大容量柔性直流输电系统，直流侧短路故障的短路电流已经超过现有器件最大承受能力，导致模块化多电平换流器灾难性的损坏。全桥结构模块不同于半桥结构模块，半桥模块只能输出零电压或正电压，而全桥模块可输出零电压、正电压和负电压三种，具备直流侧短路故障隔离能力，该优点对于未来采用架空线的高电压且大容量柔性直流输电系统具有十分重要作用。然而全桥结构模块的开关器件个数比半桥结构模块多了一倍，其造价及质量增加较大。为了避免两种类型模块的缺点，目前相关学者研究采用混合型模块化多电平换流器，其相对半桥模型具备直流侧短路故障隔离能力，相对于全桥模块减少开关器件个数。

然而对于混合型模块化多电平换流器，其结构复杂，采用传统的半桥模块模型或全桥模块模型已无法满足快速仿真要求。CN104320011A提出具备直流故障穿越能力的混合型模块化多电平换流器，阐述了该类型换流器相对传统半桥型或全桥型结构的优点，然而并未解决混合型模块化多电平换流器快速仿真问题。CN103593521A提出了全桥结构模块化多电平换流器快速仿真方法，但并不适用混合型模块化多电平换流器，此外该方法仅仅针对在解锁和闭锁两种工况下全桥结构模块化多电平换流器的仿真，而对于少数模块发生故障工况并未考虑。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出了一种混合结构模块化多电平换流器仿真模型。本发明可实现混合结构模块化多电平换流器的各种工况下的快速仿真。

本发明应用于高电压大容量柔性直流输电工程的混合结构模块化多电平换流器。本发明仿真模型可实现混合结构多电平换流器在不控状态、受控状态、少数模块发生故障状态运行工况下的快速仿真。

本发明所述仿真模型由六个相同的桥臂等效电路构成。每个桥臂等效电路可模拟桥臂中所有半桥及全桥功率模块在各工况的电磁暂态过程。所述的桥臂等效电路由六只二极管，三个电压源，一个电抗器，以及桥臂上下端接线端子组成。其中，第一二极管的阴极与二极管的阳极连接，连接点为桥臂上端接线端子；第一二极管的阴极与第二二极管的阴极及第一电压源的一端相连接，第一二极管的阳极、第三二极管的阳极、第四二极管的阴极及第一电压源的一端相连接；第二二极管的阴极与第一电压源的另一端相连接；第三二极管的阴极与第五二极管阴极及第二电压源的一端相连接；第四二极管阳极与第六二极管的阳极及第二电压源的另一端相连接；第五二极管的阳极与第六二极管的阴极及第一电压源的一端相连接；桥臂第一电抗的一端与第三电压源的另一端相连接；桥臂第一电抗的另一端为桥臂下端接线端子。所述桥臂等效电路中第一电压源为桥臂中所有不控半桥功率模块电容电压之和，第二电压源为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压之和，第三电压源为桥臂中所有全桥功率模块和半桥功率模块输出电压之和。所述快速仿真模型可实现混合结构模块化多电平换流器在不控、受控以及少数模块发生故障工况下的电磁暂态快速仿真。

采用本发明仿真模型的仿真过程如下：

(1)不控工况下半桥功率模块电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器每个桥臂中所有不控半桥功率模块的电磁暂态过程可由第一二极管、第二二极管和一个电压源表示。第一电压源的电压U_S1为桥臂中所有不控半桥功率模块电容电压U_CH1，U_CH2，...，U_CHM之和，假设桥臂有M个不控半桥功率模块，M≥1且为整数，

U_S1＝U_CH1+U_CH2+...+U_CHM (1)

每个不控半桥功率模块电容电压U_CH经式(2)计算得出。电容电压初始值为0，U_CH(0)＝0。下式(2)经过一次计算可得U_CH(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长。以此类推经过k次计算可得到U_CH(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CH(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值。kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数。

U_CH(k+1)＝U_CH(k)+f_x(i_a)T_sC_f (2)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为半桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为半桥功率模块电容电流计算方法，当i_a≥0时，f_x(i_a)＝i_a；当i_a<0时，f_x(i_a)＝0。

(2)不控工况下全桥功率模块电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器每个桥臂所有不控全桥功率模块由第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和第二电压源表示，可以模拟桥臂中所有不控全桥功率模块的电磁暂态过程。第二电压源的电压U_S2为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压U_CF1，U_CF2，...，U_CFP之和，假设桥臂有P个不控全桥功率模块，P≥1且为整数，

U_S2＝U_CF1+U_CF2+...+U_CFP (3)

每个全桥功率模块电容的电压U_CF经式(4)计算得出，电容电压初始值为0，U_CF(0)＝0。下式(4)经过一次计算可得U_CF(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长。以此类推经过k次计算可得到U_CF(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CF(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值。kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数。

U_CF(k+1)＝U_CF(k)+|i_a|T_sC_f (4)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为全桥功率模块电容值，T_s为计算步长。

(3)受控工况下全桥及半桥功率模块电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器每个桥臂所有受控半桥功率模块和全桥功率模块由第三电压源表示其电磁暂态过程。第三电压源的电压U_S3为桥臂中所有全桥和半桥模块输出电压U_OF1，U_OF2，...，U_OFQ，U_OH1，U_OH2，...，U_OHR之和，假设桥臂有Q个受控全桥功率模块、R个受控半桥功率模块，Q≥1整数，R≥1整数。

U_S3＝U_OF1+U_OF2+...+U_OFQ+U_OH1+U_OH2+...+U_OHR (5)

每个全桥功率模块的输出电压U_OF由模块电容电压U_CF及第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件的开关状态决定，具体如下：

当第一开关器件和第四开关器件为开通状态，第二开关器件和第三开关器件为关闭状态，全桥功率模块输出电压为U_CF；当第一开关器件和第四开关器件为关闭状态，第二开关器件和第三开关器件为开通状态，全桥功率模块输出电压为-U_CF；第一开关器件和第三开关器件为开通状态，第二开关器件和第四开关器件为关闭状态，全桥功率模块输出电压为0；第一开关器件和第三开关器件为关闭状态，第二开关器件和第四开关器件为开通状态，全桥功率模块输出电压为0。

每个半桥功率模块的输出电压U_OH由模块电容电压U_CH及第五开关器件、第六开关器件的开关状态决定，具体如下：

当第五开关器件为开通状态，第六开关器件为关闭状态，半桥功率模块输出电压为U_CH；当第五开关器件为关闭状态，第六开关器件为开通状态，半桥功率模块输出电压为0。

所有受控全桥功率模块和半桥功率模块的电容电压计算过程如下，每个全桥功率模块电容的电压U_CF经下式(6)计算得出，电容电压初始值为0，U_CF(0)＝0。下式(6)经过一次计算可得U_CF(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长。以此类推经过k次计算可得到U_CF(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CF(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值。kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数。

U_CF(k+1)＝U_CF(k)+f_x(i_a)T_sC_f (6)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为全桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为半桥功率模块电容电流计算方法。

所述f_x的计算方法如下：当第一开关器件和第四开关器件为开通状态，第二开关器件和第三开关器件为关闭状态，f_x(i_a)＝i_a；当第一开关器件和第四开关器件为关闭状态，第二开关器件和第三开关器件为开通状态，f_x(i_a)＝-i_a；第一开关器件和第三开关器件为开通状态，第二开关器件和第四开关器件为关闭状态，f_x(i_a)＝0；第一开关器件和第三开关器件为关闭状态，第二开关器件和第四开关器件为开通状态，f_x(i_a)＝0。

每个受控半桥功率模块电容电压U_CH经下式(7)计算得出，电容电压初始值为0，U_CH(0)＝0。下式(7)经过一次计算可得U_CH(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长。以此类推经过k次计算可得到U_CH(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CH(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值。kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数。

U_CH(k+1)＝U_CH(k)+f_x(i_a)T_sC_f (7)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为半桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为半桥功率模块电容电流计算方法，所述f_x的计算方法如下：当第五开关器件为开通状态，第六开关器件为关闭状态，f_x(i_a)＝i_a；当第五开关器件为关闭状态，第六开关器件为开通状态，f_x(i_a)＝0。

(4)少数模块发生故障工况下的电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器正常运行，当少数半桥或者全桥功率模块发生故障时，故障功率模块处于闭锁不受控状态，此时混合结构模块化多电平换流器桥臂中包含不控状态和受控状态两种状态的功率模块。采用本发明的仿真模型可模拟混合结构模块化多电平换流器同时具有不控功率模块和受控功率模块的工况，因此实现混合结构模块化多电平换流器在少数模块发生故障工况下的电磁暂态快速仿真。

所述的仿真模型能够同时模拟混合结构模块化多电平换流器中所有不控全桥功率模块和半桥功率模块、受控全桥功率模块和半桥功率模块的电磁暂态特征；当混合结构模块化多电平换流器中所有全桥功率模块和半桥功率模块为不控时，能够仿真不控充电或者停机过程；当混合结构模块化多电平换流器所有全桥功率模块和半桥功率模块为受控状态时，能够仿真正常运行过程；当混合结构模块化多电平换流器中既有受控功率模块又有不控功率模块时，能够仿真桥臂有少数模块发生故障状态时的电磁暂态仿真。

附图说明

图1为混合结构模块化多电平换流器结构图；

图2为全桥型功率模块的内部电路原理图；

图3为半桥型功率模块的内部电路原理图；

图4为混合结构模块化多电平换流器桥臂等效电路；

图5为混合结构模块化多电平换流器快速仿真模型。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为混合结构模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)结构图。混合结构模块化多电平换流器由六个桥臂组成，每个桥臂由若干个全桥模块、半桥模块及电抗器串联而成。例如CU桥臂包括一个电抗器X_CU，K个串联连接的全桥功率模块CU₁，...，CU_K，K≥1，(N-K)个串联连接的半桥模块CU_K+1－CU_N，N≥K≥1。

图2为全桥型模块的内部电路原理图，如图2所示，全桥型模块包括储能电容C_F、四只开关器件K₁、K₂、K₃、K₄，以及四只二极管D₁、D₂、D₃、D₄。其中，第一开关器件K₁和第三开关器件K₃的集电极连接到第一储能电容C_F的正极，第二开关器件K₂和第四开关器件K₄的发射极连接到第一储能电容C_F的负极；第一开关器件K₁的集电极与第一D₁的阴极相连，第一开关器件K₁的发射极与第一二极管D₁的阳极相连；第二开关器件K₂的集电极与第二二极管D₂的阴极相连，第二开关器件K₂的发射极与第二二极管D₂的阳极相连；第三开关器件K₃的集电极与第三二极管D₃的阴极相连，第三开关器件K₃的发射极与第三二极管D₃的阳极相连；第四开关器件K₄的集电极与第四二极管D₄的阴极相连，第四开关器件K₄的发射极第四与二极管D₄的阳极相连；第一开关器件K₁的发射极与第二开关器件K₂的集电极连接在到半桥型功率模块的输出端子E，第三开关器件K₃的发射极与第四开关器件K₄的集电极连接在到半桥型功率模块的输出端子F；U_FO为模块输出电压，i_a为桥臂电流。

图3为半桥型模块的内部电路原理图。如图3所示，半桥型模块包括储能电容C_H、第五开关器件K₅、第六开关器件K₆，以及第五二极管D₅、第六二极管D₆。其中，第五开关器件K₅的集电极连接到第二储能电容C_H的正极，第六开关器件K₆的发射极连接到第二储能电容C_H的负极；第五开关器件K₅的集电极第与五二极管D₅的阴极相连，第五开关器件K₅的发射极与第五二极管D₅的阳极相连；第六开关器件K₆的集电极与第六二极管D₆的阴极相连，第六开关器件K₆的发射极与第六二极管D₆的阳极相连；第五开关器件K₅的发射极连接在到半桥型功率模块的输出端子G，第六开关器件K₆的发射极连接在到半桥型功率模块的输出端子H；U_HO为模块输出电压，i_a为桥臂电流。

图4所示为混合结构模块化多电平换流器桥臂等效电路。每个桥臂等效电路可模拟桥臂中所有半桥及全桥功率模块在各工况的电磁暂态过程。如图4所示，桥臂等效电路由六只二极管D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆，三个电压源S₁，S₂，S₃，一个电抗器X₁以及桥臂上下端接线端子A₊、A_-组成；其中，第一二极管D₁的阴极与第二二极管D₂的阳极连接，连接点为桥臂上端接线端子A₊；第一二极管D₁的阴极与第二二极管D₂的阴极及第一电压源S₁的一端相连接，第一二极管D₁的阳极、第三二极管D₃的阳极、第四二极管D₄的阴极及第一电压源S₁的一端相连接；第二二极管D₂的阴极与第一电压源S₁的另一端相连接；第三二极管D₃的阴极与第五二极管D₅的阴极及第二电压源S₂的一端相连接；第四二极管D₄的阳极与第六二极管D₆的阳极及第二电压源S₂的另一端相连接；第五二极管D₅的阳极与第六二极管D₆的阴极及第一电压源S₃的一端相连接；桥臂第一电抗X₁的一端与第三电压源S₃的另一端相连接；桥臂第一电抗X₁的另一端为桥臂下端接线端子A_-。所述桥臂等效电路中第一电压源S₁为桥臂中所有不控半桥功率模块电容电压之和，第二电压源S₂为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压之和，第三电压源S₃为桥臂中所有全桥功率模块和半桥功率模块输出电压之和。所述快速仿真模型可实现混合结构模块化多电平换流器在不控、受控以及少数模块发生故障等工况下的电磁暂态快速仿真。

本发明仿真过程如下：

(1)不控工况下半桥功率模块电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器每个桥臂中所有不控半桥功率模块的电磁暂态过程可由两只第一二极管D₁、第二二极管D₂和第一电压源S₁表示。第一电压源S₁的电压U_S1为桥臂中所有不控半桥功率模块电容电压U_CH1，U_CH2，...，U_CHM之和，假设桥臂有M个不控半桥功率模块，M≥1且为整数，

U_S1＝U_CH1+U_CH2+...+U_CHM (1)

每个不控半桥功率模块电容电压U_CH经下式(2)计算得出，电容电压初始值为0，U_CH(0)＝0。下式(2)经过一次计算可得U_CH(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长。以此类推经过k次计算可得到U_CH(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CH(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值。kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数。

U_CH(k+1)＝U_CH(k)+f_x(i_a)T_sC_f (2)

(2)不控工况下全桥功率模块电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器每个桥臂所有不控全桥功率模块由第三二极管D₃、第四二极管D₄、第五二极管D₅、第六二极管D₆和第二电压源S₂表示，可模拟桥臂中所有不控全桥功率模块的电磁暂态过程。第二电压源S₂的电压U_S2为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压U_CF1，U_CF2，...，U_CFP之和，假设桥臂有P个不控全桥功率模块，P≥1且为整数，

U_S2＝U_CF1+U_CF2+...+U_CFP (3)

每个全桥功率模块电容的电压U_CF经下式(4)计算得出，电容电压初始值为0，U_CF(0)＝0。下式(4)经过一次计算可得U_CF(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长。以此类推经过k次计算可得到U_CF(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CF(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值。kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数。

U_CF(k+1)＝U_CF(k)+|i_a|T_sC_f (4)

(3)受控工况下全桥及半桥功率模块电磁暂态仿真

混合结构模块化多电平换流器每个桥臂所有受控半桥功率模块和全桥功率模块由第三电压源S₃表示其电磁暂态过程。第三电压源S₃的电压为桥臂中所有全桥和半桥功率模块输出电压之和U_OF1，U_OF2，...，U_OFQ，U_OH1，U_OH2，...，U_OHR之和，假设桥臂有Q个受控全桥功率模块、R个受控半桥功率模块，Q≥1整数，R≥1整数。

U_S3＝U_OF1+U_OF2+...+U_OFQ+U_OH1+U_OH2+...+U_OHR (5)

每个全桥功率模块的输出电压U_OF由模块电容电压U_CF及第一开关器件K₁、第二开关器件K₂、第三开关器件K₃和第四开关器件K₄的开关状态决定，具体如下：

当第一开关器件K₁和第四开关器件K₄为开通状态，第二开关器件K₂和第三开关器件K₃为关闭状态，全桥功率模块输出电压为U_CF；当第一开关器件K₁和第四开关器件K₄为关闭状态，第二开关器件K₂和第三开关器件K₃为开通状态，全桥功率模块输出电压为-U_CF；第一开关器件K₁和第三开关器件K₃为开通状态，第二开关器件K₂和第四开关器件K₄为关闭状态，全桥功率模块输出电压为0；第一开关器件K₁和第三开关器件K₃为关闭状态，第二开关器件K₂和第四开关器件K₄为开通状态，全桥功率模块输出电压为0。

每个半桥功率模块的输出电压U_OH由模块电容电压U_CH及第五开关器件K₅、第六开关器件K₆的开关状态决定，具体如下：

当第五开关器件K₅为开通状态，第六开关器件K₆为关闭状态，半桥功率模块输出电压为U_CH；当第五开关器件K₅为关闭状态，第六开关器件K₆为开通状态，半桥功率模块输出电压为0。

U_CF(k+1)＝U_CF(k)+f_x(i_a)T_sC_f (6)

所述f_x的计算方法如下：当第一开关器件和第四开关器件为开通状态，第二开关器件和第三开关器件为关闭状态，f_x(i_a)＝i_a；当第一开关器件K₁和第四开关器件K₄为关闭状态，第二开关器件K₂和第三开关器件K₃为开通状态，f_x(i_a)＝-i_a；第一开关器件K₁和第三开关器件K₃为开通状态，第二开关器件K₂和第四开关器件K₄为关闭状态，f_x(i_a)＝0；第一开关器件K₁和第三开关器件K₃为关闭状态，第二开关器件K₂和第四开关器件K₄为开通状态，f_x(i_a)＝0。

U_CH(k+1)＝U_CH(k)+f_x(i_a)T_sC_f (7)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为半桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为半桥功率模块电容电流计算方法，所述f_x的计算方法如下：当第五开关器件K₅为开通状态，第六开关器件K₆为关闭状态，f_x(i_a)＝i_a；当第五开关器件K₅为关闭状态，第六开关器件K₆为开通状态，f_x(i_a)＝0。

(4)少数模块发生故障工况下的电磁暂态仿真

图5所示为混合结构模块化多电平换流器仿真模型，该仿真模型由六个所述的桥臂等效电路组成，分别为AU、AL、BU、BL、CU、CL六个桥臂等效电路。其中AU桥臂等效电路的A_-端及AL桥臂等效电路的A₊的连接点为A，该点与交流侧电网A相连接；BU桥臂等效电路的A_-端及BL桥臂等效电路的A₊的连接点为B，该点与交流侧电网B相连接；CU桥臂等效电路的A_-端及CL桥臂等效电路的A₊的连接点为C，该点与交流侧电网C相连接；AU桥臂等效电路的A₊端，BU桥臂等效电路的A₊端，CU桥臂等效电路的A₊端相连接，连接点接入直流电网正极DC+；AL桥臂等效电路的A_-端，BL桥臂等效电路的A_-端，CL桥臂等效电路的A_-端相连接，连接点接入直流电网负极DC-。

Claims

1.一种混合结构模块化多电平换流器仿真系统，其特征在于，所述的仿真系统由六个相同桥臂等效电路构成，所述的桥臂等效电路由六只二极管(D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆)，三个电压源(S₁，S₂，S₃)，一个电抗器(X₁),以及桥臂上下端接线端子(A₊、A_-)组成；其中，第一二极管(D₁)的阴极与第二二极管(D₂)的阳极连接，连接点为桥臂上端接线端子(A₊)；第一二极管(D₁)的阳极、第三二极管(D₃)的阳极、第四二极管(D₄)的阴极及第一电压源(S₁)的一端相连接；第二二极管(D₂)的阴极与第一电压源(S₁)的另一端相连接；第三二极管(D₃)的阴极与第五二极管(D₅)的阴极及第二电压源(S₂)的一端相连接；第四二极管(D₄)的阳极与第六二极管(D₆)的阳极及第二电压源(S₂)的另一端相连接；第五二极管(D₅)的阳极与第六二极管(D₆)的阴极及第三电压源(S₃)的一端相连接；桥臂第一电抗(X₁)的一端与第三电压源(S₃)的另一端相连接；桥臂第一电抗(X₁)的另一端为桥臂下端接线端子(A_-)；所述桥臂等效电路中第一电压源(S₁)为桥臂中所有不控半桥功率模块电容电压之和，第二电压源(S₂)为桥臂中所有不控全桥功率模块电容电压之和，第三电压源(S₃)为桥臂中所有受控全桥功率模块和受控半桥功率模块输出电压之和；

所述的全桥型功率模块的内部电路包括储能电容(C_F)、四只开关器件(K₁、K₂、K₃、K₄)，以及四只二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)；其中，第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)的集电极连接到第一储能电容(C_F)的正极，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)的发射极连接到第一储能电容(C_F)的负极；第一开关器件(K₁)的集电极与第一二极管(D₁)的阴极相连，第一开关器件(K₁)的发射极与第一二极管(D₁)的阳极相连；第二开关器件(K₂)的集电极与第二二极管(D₂)的阴极相连，第二开关器件(K₂)的发射极与第二二极管(D₂)的阳极相连；第三开关器件(K₃)的集电极与第三二极管(D₃)的阴极相连，第三开关器件(K₃)的发射极与第三二极管(D₃)的阳极相连；第四开关器件(K₄)的集电极与第四二极管(D₄)的阴极相连，第四开关器件(K₄)的发射极与第四二极管(D₄)的阳极相连；第一开关器件(K₁)的发射极与第二开关器件(K₂)的集电极连接在到半桥型功率模块的输出端子E，第三开关器件(K₃)的发射极与第四开关器件(K₄)的集电极连接在到半桥型功率模块的输出端子F；

所述的半桥型功率模块的内部电路包括储能电容(C_H)、第五开关器件(K₅)、第六开关器件(K₆)，以及第五二极管(D₅)、第六二极管(D₆)；其中，第五开关器件(K₅)的集电极连接到第二储能电容(C_H)的正极，第六开关器件(K₆)的发射极连接到第二储能电容(C_H)的负极；第五开关器件(K₅)的集电极第与第五二极管(D₅)的阴极相连，第五开关器件(K₅)的发射极与第五二极管(D₅)的阳极相连；第六开关器件(K₆)的集电极与第六二极管(D₆)的阴极相连，第六开关器件(K₆)的发射极与第六二极管(D₆)的阳极相连；第五开关器件(K₅)的发射极连接在到半桥型功率模块的输出端子G，第六开关器件(K₆)的发射极连接在到半桥型功率模块的输出端子H；

所述的第一电压源(S₁)中，为桥臂中所有不控半桥功率模块电容电压U_CH1，U_CH2，...，U_CHM之和，假设桥臂有M个不控半桥功率模块，M≥1且为整数，第一电压源(S₁)的电压U_S1为：

U_S1＝U_CH1+U_CH2+...+U_CHM (1)

每个不控半桥功率模块电容电压U_CH经下式(2)计算得出，电容电压初始值为0，U_CH(0)＝0；下式(2)经过一次计算可得U_CH(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长；以此类推经过k次计算可得到U_CH(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CH(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值；kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数；

U_CH(k+1)＝U_CH(k)+f_x(i_a)T_sC_f (2)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为不控半桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为不控半桥功率模块电容电流计算方法，当i_a≥0时，f_x(i_a)＝i_a；当i_a<0时，f_x(i_a)＝0；

所述的第二电压源(S₂)中，假设桥臂有P个不控全桥功率模块，P≥1且为整数，第二电压源(S₂)的电压U_S2为：

U_S2＝U_CF1+U_CF2+...+U_CFP (3)

每个不控全桥功率模块电容的电压U_CF经下式(4)计算得出，电容电压初始值为0，U_CF(0)＝0；下式(4)经过一次计算可得U_CF(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长；以此类推，经过k次计算可得到U_CF(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CF(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值；kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数；

U_CF(k+1)＝U_CF(k)+|i_a|T_sC_f (4)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为全桥功率模块电容值，T_s为计算步长；

所述的第三电压源(S₃)为桥臂中所有受控全桥功率模块和受控半桥功率模块输出电压U_OF1，U_OF2，...，U_OFQ，U_OH1，U_OH2，...，U_OHR之和，假设桥臂有Q个受控全桥功率模块、R个受控半桥功率模块，Q≥1整数，R≥1整数，

U_S3＝U_OF1+U_OF2+...+U_OFQ+U_OH1+U_OH2+...+U_OHR (5)

每个受控全桥功率模块的输出电压U_OF由模块电容电压U_CF及第一开关器件(K₁)、第二开关器件(K₂)、第三开关器件(K₃)和第四开关器件(K₄)的开关状态决定，具体如下：

当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，受控全桥功率模块输出电压为U_CF；当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为开通状态，受控全桥功率模块输出电压为-U_CF；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，受控全桥功率模块输出电压为0；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为开通状态，受控全桥功率模块输出电压为0；

每个受控半桥功率模块的输出电压U_OH由模块电容电压U_CH及第五开关器件(K₅)、第六开关器件(K₆)的开关状态决定，具体如下：

当第五开关器件(K₅)为开通状态，第六开关器件(K₆)为关闭状态，受控半桥功率模块输出电压为U_CH；当第五开关器件(K₅)为关闭状态，第六开关器件(K₆)为开通状态，受控半桥功率模块输出电压为0；

所述仿真系统实现混合结构模块化多电平换流器在各工况下的电磁暂态仿真。

2.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述的混合结构模块化多电平换流器每个桥臂中所有不控半桥功率模块的电磁暂态过程由第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)和第一电压源(S₁)表示。

3.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述的混合结构模块化多电平换流器每个桥臂所有不控全桥功率模块由第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、第五二极管(D₅)、第六二极管(D₆)和第二电压源(S₂)表示。

4.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述的混合结构模块化多电平换流器每个桥臂所有受控半桥功率模块和受控全桥功率模块由第三电压源(S₃)表示其电磁暂态过程。

5.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于所述的混合结构模块化多电平换流器仿真系统中每个桥臂所有受控全桥功率模块和受控半桥功率模块的电容电压计算过程如下：

每个受控全桥功率模块电容的电压U_CF经下式(6)计算得出，电容电压初始值为0，U_CF(0)＝0；下式(6)经过一次计算可得U_CF(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长；以此类推，经过k次计算可得到U_CF(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CF(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值；kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数；

U_CF(k+1)＝U_CF(k)+f_x(i_a)T_sC_f (6)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为受控全桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为受控半桥功率模块电容电流计算方法；

所述f_x的计算方法如下：当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，f_x(i_a)＝i_a；当第一开关器件(K₁)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第三开关器件(K₃)为开通状态，f_x(i_a)＝-i_a；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为开通状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为关闭状态，f_x(i_a)＝0；第一开关器件(K₁)和第三开关器件(K₃)为关闭状态，第二开关器件(K₂)和第四开关器件(K₄)为开通状态，f_x(i_a)＝0；

每个受控半桥功率模块电容电压U_CH经下式(7)计算得出，电容电压初始值为0，U_CH(0)＝0；下式(7)经过一次计算可得U_CH(1)，为T_s时刻仿真计算得到的电容电压值，T_s为计算步长；以此类推经过k次计算可得到U_CH(k)，为kT_s时刻仿真计算得到的电容电压值，U_CH(k+1)为(k+1)T_s时刻仿真计算得到的电容电压值；kT_s代表仿真运行时间，由于数字仿真每次仿真计算步长相等，因此k≥0且为整数；

U_CH(k+1)＝U_CH(k)+f_x(i_a)T_sC_f(7)

其中，i_a为桥臂电流，C_f为受控半桥功率模块电容值，T_s为计算步长，f_x为受控半桥功率模块电容电流计算方法，所述f_x的计算方法如下：当第五开关器件(K₅)为开通状态，第六开关器件(K₆)为关闭状态，f_x(i_a)＝i_a；当第五开关器件(K₅)为关闭状态，第六开关器件(K₆)为开通状态，f_x(i_a)＝0。

6.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述的仿真模型能够同时模拟混合结构模块化多电平换流器中所有不控全桥功率模块和半桥功率模块、受控全桥功率模块和半桥功率模块的电磁暂态特征；当混合结构模块化多电平换流器中所有全桥功率模块和半桥功率模块为不控时，能够仿真不控充电或者停机过程；当混合结构模块化多电平换流器所有全桥功率模块和半桥功率模块为受控状态时，能够仿真正常运行过程；当混合结构模块化多电平换流器中既有受控功率模块又有不控功率模块时，能够仿真桥臂有少数模块发生故障状态时的电磁暂态仿真。