CN114662440B - 一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，对每个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，建立换流器等效模型，从而使得拓扑内部信息均保留；搭建换流器等效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对仿真拓扑求解，基于所得桥臂电流信息，计算更新模块内部电容、电感信息，当混合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两个交流端口电压未全部满足电路关联方向，则更新每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，返回建立换流器等效模型步骤，直到混合子模块两个交流端口电流及计算得到两个交流端口电压全部满足电路关联方向为止。

Description

一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法

技术领域

本发明涉及换流器技术领域，具体涉及一种多端口混合模块化多电 平换流器电磁仿真方法。

背景技术

用于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)仿真 的常用电磁暂态仿真工具主要有两种：PSCAD/EMTDC、Matlab-Simulink 与RTDS。由于MMC单个桥臂所需要串联的子模块数量将随着直流电压等 级以及传输功率的增大而增多，过多的子模块数量将给换流器的仿真建模 带来很大的工作量。存在模型搭建困难、仿真速度慢等问题。

目前MMC电磁暂态快速发仿真模型分为两类：可以精确仿真每个子 模块电容电压充、放电的详细模型，不可以精确仿真每个子模块电容电压 充、放电的平均值模型。详细模型包括基于受控源的MMC通用等效模型 和基于戴维南等效的MMC仿真模型。基于受控源的MMC通用提速模型 具有容易实现、一次系统可视化程度强以及可以仿真开关器件级别的插值 和故障等优点，但适用条件有所限制。MMC戴维南等效整体模型兼具仿 真精度和计算效率都较高的特点，突破性地实现了模型的计算复杂度与仿 真规模的线性增长。戴维南等效模型适用的前提是全部子模块必须流过相 同的桥臂电流，单端口子模块必然满足这一条件，而双端口子模块因为包 含4个端子，相邻子模块间电流流通路径复杂多变，无法满足这一条件， 因此目前戴维南模型均为单端口型。平均值模型无法体现MMC内部信息， 只能体现外特性，在电容均压控制策略研究时无法使用。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的MMC戴维南 等效整体模型不适应于包含双端口子模块的MMC的缺陷，从而提供一种 多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方 法，换流器由多个桥臂构成，每个半桥臂均由半桥子模块电路及混合子模 块电路串联构成，半桥子模块电路由多个单端口的半桥子模块构成，混合 子模块电路由多个双端口的混合子模块构成，电磁仿真方法包括：步骤S11： 对每个桥臂上的每个子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散 化等效电路，并对于每个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得 到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴 维南等效电路；步骤S12：根据换流器拓扑结构，将每个桥臂上的半桥子模 块的单端口戴维南等效电路、每个桥臂上的混合子模块的双端口戴维南等 效电路建立连接关系，得到换流器的等效模型；步骤S13：搭建换流器的等 效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对仿真拓扑求解，得到换流 器每个桥臂电流信息及混合子模块两个交流端口电流，基于桥臂电流信息、 每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，反向计算每个混合子模块两个 交流端口电压；步骤S14：判断混合子模块两个交流端口电流及计算得到的 混合子模块两个交流端口电压是否满足电路关联方向；步骤S15：当混合子 模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两个交流端口电压未全部 满足电路关联方向，则根据全桥内部电流信息更改开关器件的等效电阻值， 更新换流器的等效模型，返回步骤S13，直到混合子模块两个交流端口电流 及计算得到的混合子模块两个交流端口电压全部满足电路关联方向为止。

在一实施例中，半桥子模块由开关器件、电容构成，对每个桥臂上的 每个半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路 的过程，包括：利用梯形积分法，分别对电容进行离散，将电容均离散散 成戴维南等效电路；基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电 阻。

在一实施例中，混合子模块由开关器件、电容、电感及变压器构成， 对每个桥臂上的每个混合半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模 块的离散化等效电路的过程，包括：利用梯形积分法分别对电容、电感进 行离散；基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻；将变压 器等效为理想变压器与原边电感、原边电阻、副边电感、副边电阻、励磁 电感、励磁电阻的形式，并且利用梯形积分法分别对原边电感、副边电感、 励磁电感、进行离散。

在一实施例中，对于每个混合子模块的离散化等效电路，利用戴维南 定理，得到每个混合子模块的双端口戴维南等效电路的过程，包括：对于 每个混合子模块的离散化等效电路，从理想变压器的副边电路向原边电路 的方向进行戴维南等效，得到原边等效电路，并从理想变压器的原边电路 向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副边等效电路；通过戴维南等效 将每个混合子模块的原边等效电路等效成一个电压源和电阻串联的端口， 得到原边端口戴维南等效电路，将每个混合子模块的副边等效电路等效成 一个电压源和电阻串联的端口，得到副边端口戴维南等效电路。

在一实施例中，从理想变压器的副边电路向原边电路的方向进行戴维 南等效，得到原边等效电路的过程，包括：将理想变压器的副边电路均戴 维南等效，求出理想变压器副边的等效电压和等效电阻；将所求理想变压 器副边的等效电压和等效电阻折算到理想变压器原边，从原边电路靠近理 想变压器侧开始逐步进行逐步戴维南等效，得到原边等效电路。

在一实施例中，从理想变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维 南等效，得到副边等效电路的过程，包括：将理想变压器的原边电路均戴 维南等效，求出理想变压器原边的等效电压和等效电阻；将所求理想变压 器原边的等效电压和等效电阻折算到理想变压器副边，从副边电路靠近理 想变压器侧开始逐步进行逐步戴维南等效，得到副边等效电路。

在一实施例中，得到换流器的等效模型的过程，包括：同一半桥臂上 所有半桥子模块的单端口戴维南等效电路的输入端串联连接，构成该半桥 臂的半桥子模块电路的简化电路；同一半桥臂上所有混合子模块的双端口 戴维南等效电路的原边端口串联连接、副边端口并联连接，构成该半桥臂 的混合子模块电路的简化电路；同一半桥臂上的半桥子模块电路的简化电 路与混合子模块电路的简化电路的原边串联连接后，构成该半桥臂的简化 电路；同一相上下桥臂的简化电路串联后构成该桥臂的简化电路，不同相 桥臂的简化电路并联，得到换流器的输入端口和高压输出端口，所有半桥 臂的所有混合子模块的双端口戴维南等效电路的副边端口并联，得到换流 器的低压输出端口。

在一实施例中，反向计算每个混合子模块两个交流端口电压的过程， 包括：将每个混合子模块的原边端口戴维南等效电路还原；根据桥臂电流， 计算流过还原后的原边端口戴维南等效电路的每个支路的电流、每个半桥 子模块内部的电容电流，并求得流过还原后的原边端口戴维南等效电路的 内部所有电容电流、电感电流；根据每个支路的电流，计算每个混合子模 块内部的开关器件的导通压降，并利用每个半桥子模块及每个混合子模块 的电容电流、电感电流，更新离散化过程中的电容电压、电感电压；每个 混合子模块内部的开关器件的导通压降及电容电压，计算每个混合子模块 两个交流端口电压。

在一实施例中，更新换流器的等效模型的过程包括：修改每个混合子 模块内部开关器件的可变电阻阻值；重新计算每个混合子模块的双端口戴 维南等效电路；通过每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，更新换流 器的等效模型。

在一实施例中，多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法还包括： 当混合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两个交流端口电 压全部满足电路关联方向时，则仿真单步长计算结束。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，对于每 个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个半桥子模块的单 端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，并建立 换流器等效模型，从而使得拓扑内部信息均保留；搭建所述换流器的等效 模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对所述仿真拓扑求解，基于所 得桥臂电流信息，计算更新模块内部电容、电感信息，当所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压未全部 满足电路关联方向，则根据全桥内部电流通路更改IGBT等效电阻值，更新 换流器等效模型，返回建立换流器等效模型步骤，直到所述混合子模块两 个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压全部满足 电路关联方向为止。本发明基于戴维南离散迭代模型，能够准确仿真输入 单端口输出双端口的换流器外部特性及内部电流、电压信息，具备对具有不同类别子模块，且有一种子模块中包含变压器的输出双端口换流器进行 准确仿真的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多端口混合模块化多电平换流器的具体 电路结构；

图2(a)、图2(b)分别为本发明实施例提供的半桥子模块及混合子模块 的具体电路结构图；

图3为本发明实施例提供的电磁仿真方法的一个具体示例的流程图；

图4为本发明实施例提供的电磁仿真方法中半桥子模块离散化流程 图；

图5为本发明实施例提供的半桥子模块的离散等效电路；

图6为本发明实施例提供的电磁仿真方法中混合子模块离散化流程 图；

图7为本发明实施例提供的混合子模块的离散等效电路；

图8为本发明实施例提供的电磁仿真方法中混合子模块戴维南等效 电路求解流程图；

图9(a)、图9(b)为本发明实施例提供的得到混合子模块的双端口戴维 南等效电路过程图；

图10为本发明实施例提供的电磁仿真方法中计算子模块内部电流的 流程图；

图11(a)、图11(b)为本发明实施例提供的混合子模块的双端口戴维南 等效电路还原过程图；

图12为本发明实施例提供的电磁仿真方法的一个具体示例的整体仿 真流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以 是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连 通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而 言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼 此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本发明实施例提供一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法， 适用于既包含单端口子模块，又包含双端口子模块的MMC中，具体地， 如图1所示，换流器由多个桥臂构成，每个半桥臂均由半桥子模块电路及 混合子模块电路串联构成，半桥子模块电路由多个串联连接的单端口的半 桥子模块(HB)构成，混合子模块电路由多个输入串联输出并联电路的双 端口的混合子模块(HDAB)构成，混合子模块的输入端之间串联连接，混 合子模块的输出端并联连接，需要说明的是，本发明实施例所提及的换流 器不仅限于图1所示的结构，还可以为其它同时具有单端口子模块及双端 口子模块的换流器中，在此不作限制。

具体地，本发明实施例的半桥子模块的具体电路结构如图2(a)所示，混 合子模块的具体电路结构如图2(b)所示，其中，这两种子模块的具体电路 结构不局限于本发明实施例所公开的结构，还可为其它结构，在此不作限 制。

如图3所示，本发明实施例提供的电磁仿真方法包括：

步骤S11：对每个桥臂上的每个子模块内的元器件进行离散，得到每个 子模块的离散化等效电路，并对于每个子模块的离散化等效电路，利用戴 维南定理，得到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模 块的双端口戴维南等效电路。

具体地，本发明实施例对于每个子模块内部的元器件均进行离散化， 每个元器件的离散化等效电路电气连接后构成每个子模块的离散化等效电 路，之后，对于半桥子模块的离散化等效电路直接利用戴维南等效的方法， 得到半桥子模块的单端口戴维南等效电路，而对于混合子模块的离散化等 效电路需要利用多次戴维南等效方法才能得到双端口戴维南等效电路，即 本发明实施例可以计算得到由两种不同子模块组成的多端口混合模块化多 电平换流器的输入单端口输出双端口的等效模型。

具体地，如图2(a)所示，半桥子模块由开关器件、电容构成，则如图4 所示，对每个桥臂上的每个半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子 模块的离散化等效电路的过程，包括：

步骤S21：利用梯形积分法，分别对电容进行离散，将电容均离散散成 戴维南等效电路。

本发明实施例通过梯形积分法离散化电容，梯形积分法为用t-ΔT时刻 的数值与t时刻数值的平均值来替代整个区间(t-ΔT,t)内的数值，其中ΔT为 计算步长。将电容暂态方程式中的积分计算部分用梯形积分计算公式求解， 可以将离散化后的电容用一个历史电压源与一个电阻串联的电路来表示， 即将电容离散成戴维南等效电路，离散化电容更新公式如式(1)。

步骤S22：基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻。

本发明实施例考虑了全桥IGBT导通特性，可进行分流情况计算，是具 有全桥短路、正常导通、分流等多种情况等效计算的方法。具体地，由图 2(a)可知，本发明实施例的开关器件为反并联二极管的IGBT(也可以为其 它开关器件)，正常工作时，IGBT及其反并联二极管可以被视为一个由开 关信号控制的可变电阻。当IGBT导通时，其可变电阻值取较小的数值模拟 器件的导通；当IGBT关断时，其可变电阻值取较大的数值模拟器件的关断。 在一般的电磁暂态仿真软件中，IGBT导通状态下的可变电阻的阻值为 0.01Ω，IGBT关断状态下的可变电阻的阻值为10⁶Ω。

基于上述离散方法对图2(a)所示的半桥子模块进行离散，得到如图5 所示的，半桥子模块的离散化等效电路。

具体地，如图2(b)所示，混合子模块由开关器件、电容、电感及变压 器构成，如图6所示，对每个桥臂上的每个混合半桥子模块内的元器件进 行离散，得到每个子模块的离散化等效电路的过程，包括：

步骤S31：利用梯形积分法分别对电容、电感进行离散。此步骤对电容 进行离散过程与步骤S21执行相同的操作。

本发明实施例通过梯形积分法离散化电感，将电感暂态方程式中的积 分计算部分用梯形积分计算公式求解，可以将离散化后的电感用一个历史 电流源与一个电阻并联的电路来表示，即将电感离散成诺顿等效电路。为 了便于进行后续桥臂的代数运算，还需对诺顿等效电路进行戴维南等效转 换，将电感用一个历史电压源与一个电阻串联的电路来表示，电感离散化 更新公式如式(2)。

步骤S32：基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻。此 步骤与步骤S32执行相同的操作。

步骤S33：将变压器等效为理想变压器与原边电感、原边电阻、副边电 感、副边电阻、励磁电感、励磁电阻的形式，并且利用梯形积分法分别对 原边电感、副边电感、励磁电感、进行离散。

具体地，实际混合子模块电路中变压器为高频变压器，为方便后续计 算，将高频变压器等效为理想变压器与原边电感、电阻，副边电感、电阻， 励磁电感、电阻的形式，并将原边电感、副边电感、励磁电感、用步骤22 所得的公式(2)离散化，最终得到如图7所示变压器等效电路。

进一步地，得到每个半桥子模块及混合子模块的离散化等效电路，需 要对子模块的离散化等效电路再次进行等效，其中，本发明实施例提供的 MMC换流器的结构如图1所示，同一桥臂半桥子模块均为串联，将同一桥 臂上所有串联半桥子模块的戴维南等效电路进一步等效，得到每个HB子模 块单端口戴维南等效电路。

此外，如图8所示，对于每个混合子模块的离散化等效电路，利用戴 维南定理，得到每个混合子模块的双端口戴维南等效电路的过程，包括：

步骤S41：对于每个混合子模块的离散化等效电路，从理想变压器的副 边电路向原边电路的方向进行戴维南等效，得到原边等效电路，并从理想 变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副边等效电路。

其中，从理想变压器的副边电路向原边电路的方向进行戴维南等效， 得到原边等效电路的过程，包括：将理想变压器的副边电路均戴维南等效， 求出理想变压器副边的等效电压和等效电阻；将所求理想变压器副边的等 效电压和等效电阻折算到理想变压器原边，从原边电路靠近理想变压器侧 开始逐步进行逐步戴维南等效，得到原边等效电路。

从理想变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副 边等效电路的过程，包括：将理想变压器的原边电路均戴维南等效，求出 理想变压器原边的等效电压和等效电阻；将所求理想变压器原边的等效电 压和等效电阻折算到理想变压器副边，从副边电路靠近理想变压器侧开始 逐步进行逐步戴维南等效，得到副边等效电路。

步骤S42：通过戴维南等效将每个混合子模块的原边等效电路等效成一 个电压源和电阻串联的端口，得到原边端口戴维南等效电路，将每个混合 子模块的副边等效电路等效成一个电压源和电阻串联的端口，得到副边端 口戴维南等效电路。

具体地，基于步骤S41及步骤S42，得到混合子模块的原边端口戴维南 等效电路的过程如图9(a)及图9(b)所示。

步骤S12：根据换流器拓扑结构，将每个桥臂上的半桥子模块的单端口 戴维南等效电路、每个桥臂上的混合子模块的双端口戴维南等效电路建立 连接关系，得到换流器的等效模型。

具体地，基于图1所示的电路结构，得到换流器的等效模型的过程， 包括：(1)同一半桥臂上所有半桥子模块的单端口戴维南等效电路的输入端 串联连接，构成该半桥臂的半桥子模块电路的简化电路；(2)同一半桥臂上 所有混合子模块的双端口戴维南等效电路的原边端口串联连接、副边端口 并联连接，构成该半桥臂的混合子模块电路的简化电路；(3)同一半桥臂上 的半桥子模块电路的简化电路与混合子模块电路的简化电路的原边串联连 接后，构成该半桥臂的简化电路；(4)同一相上下桥臂的简化电路串联后构 成该桥臂的简化电路，不同相桥臂的简化电路并联，得到换流器的输入端 口和高压输出端口，所有半桥臂的所有混合子模块的双端口戴维南等效电 路的副边端口并联，得到换流器的低压输出端口。

步骤S13：搭建换流器的等效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软 件对仿真拓扑求解，得到换流器每个桥臂电流信息及混合子模块两个交流 端口电流，基于桥臂电流信息、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路， 反向计算每个混合子模块两个交流端口电压。

具体地，如图10所示，反向计算每个混合子模块两个交流端口电压的 过程，包括：

步骤S51：将每个混合子模块的原边端口戴维南等效电路还原。

具体地，将每个混合子模块的原边端口戴维南等效电路还原的示意图 如图11(a)及图11(b)所示。

步骤S52：根据桥臂电流，计算流过还原后的原边端口戴维南等效电路 的每个支路的电流、每个半桥子模块内部的电容电流，并求得流过还原后 的原边端口戴维南等效电路的内部所有电容电流、电感电流。

步骤S53：根据每个支路的电流，计算每个混合子模块内部的开关器件 的导通压降，并利用每个半桥子模块及每个混合子模块的电容电流、电感 电流，更新离散化过程中的电容电压、电感电压。

具体地，根据所得桥臂电流计算半桥子模块内部电容电流，根据离散 化电容更新公式更新电容电压，具体更新式(1)中的电容电压u_c(t)和 u_ceq(t-ΔT)。将单个混合子模块原边端口戴维南等效电路逐步还原，根据桥臂 电流计算流过每个支路的电流，以求得流过内部所有电容、电感的电流， 根据离散化电容、电感更新公式更新电容电压、电感电压，具体更新式(1)、 式(2)中的电容电压u_c(t)、u_ceq(t-ΔT)、电感电压u_L(t)、u_Leq(t-ΔT)。

步骤S54：每个混合子模块内部的开关器件的导通压降及电容电压，计 算每个混合子模块两个交流端口电压。

具体地，根据所求单个缓和子模块内部各支路电流计算全桥内部IGBT 导通压降，再根据全桥内部IGBT导通压降和电容电压计算全桥交流端口电 压，判断全桥交流端口电流与计算出的全桥交流端口电压是否满足电路关 联方向，若满足单步长计算结束。

步骤S14：判断混合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块 两个交流端口电压是否满足电路关联方向。

步骤S15：当混合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两 个交流端口电压未全部满足电路关联方向，则基于全桥内部电流信息更改 开关器件的等效电阻值，更新换流器的等效模型，后返回步骤S13，直到混 合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两个交流端口电压全 部满足电路关联方向为止。

具体地，更新换流器的等效模型的过程包括：修改每个混合子模块内 部开关器件的可变电阻阻值，重新计算每个混合子模块的双端口戴维南等 效电路；通过每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，更新换流器的等 效模型。

具体地，本发明实施例提供的电磁仿真方法步骤S11～步骤S12为一个 仿真步长内的步骤，再整个仿真过程中的步骤如图12所示，其中在每个仿 真单步长结束的标志为混合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子 模块两个交流端口电压全部满足电路关联方向，当当前步长结束后，进行 下一步仿真步长步骤时，返回本发明实施例的步骤S11，重新开始，如此循 环，直至仿真时间截止。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方 式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予 以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保 护范围之中。

Claims (10)

1.一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，所述换流器由多个桥臂构成，每个半桥臂均由半桥子模块电路及混合子模块电路串联构成，半桥子模块电路由多个串联连接的单端口的半桥子模块构成，混合子模块由多个输入串联输出并联电路的双端口的混合子模块构成，所述电磁仿真方法包括：

步骤S11：对每个桥臂上的每个子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路，并对于每个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路；

步骤S12：根据所述换流器拓扑结构，将每个桥臂上的半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个桥臂上的混合子模块的双端口戴维南等效电路建立连接关系，得到所述换流器的等效模型；

步骤S13：搭建所述换流器的等效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对所述仿真拓扑求解，得到所述换流器每个桥臂电流信息及所述混合子模块两个交流端口电流，基于所述桥臂电流信息、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，反向计算每个所述混合子模块两个交流端口电压；

步骤S14：判断所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压是否满足电路关联方向；

步骤S15：当所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压未全部满足电路关联方向，则根据全桥内部电流信息更改开关器件的等效电阻值，更新换流器的等效模型，返回步骤S13，直到所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压全部满足电路关联方向为止。

2.根据权利要求1所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，所述半桥子模块由开关器件、电容构成，对每个桥臂上的每个半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路的过程，包括：

利用梯形积分法，分别对所述电容进行离散，将电容均离散散成戴维南等效电路；

基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻。

3.根据权利要求2所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，所述混合子模块由开关器件、电容、电感及变压器构成，对每个桥臂上的每个混合半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路的过程，包括：

利用梯形积分法分别对所述电容、电感进行离散；

基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻；

将所述变压器等效为理想变压器与原边电感、原边电阻、副边电感、副边电阻、励磁电感、励磁电阻的形式，并且利用梯形积分法分别对所述原边电感、副边电感、励磁电感、进行离散。

4.根据权利要求3所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，对于每个混合子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个混合子模块的双端口戴维南等效电路的过程，包括：

对于每个混合子模块的离散化等效电路，从所述理想变压器的副边电路向原边电路的方向进行戴维南等效，得到原边等效电路，并从所述理想变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副边等效电路；

通过戴维南等效将每个混合子模块的原边等效电路等效成一个电压源和电阻串联的端口，得到原边端口戴维南等效电路，将每个混合子模块的副边等效电路等效成一个电压源和电阻串联的端口，得到副边端口戴维南等效电路。

5.根据权利要求4所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，从所述理想变压器的副边电路向原边电路的方向进行戴维南等效，得到原边等效电路的过程，包括：

将理想变压器的副边电路均戴维南等效，求出理想变压器副边的等效电压和等效电阻；

将所求理想变压器副边的等效电压和等效电阻折算到理想变压器原边，从原边电路靠近理想变压器侧开始逐步进行逐步戴维南等效，得到原边等效电路。

6.根据权利要求4所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，从所述理想变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副边等效电路的过程，包括：

将理想变压器的原边电路均戴维南等效，求出理想变压器原边的等效电压和等效电阻；

将所求理想变压器原边的等效电压和等效电阻折算到理想变压器副边，从副边电路靠近理想变压器侧开始逐步进行逐步戴维南等效，得到副边等效电路。

7.根据权利要求4所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，得到所述换流器的等效模型的过程，包括：

同一半桥臂上所有半桥子模块的单端口戴维南等效电路的输入端串联连接，构成该半桥臂的半桥子模块电路的简化电路；

同一半桥臂上所有混合子模块的双端口戴维南等效电路的原边端口串联连接、副边端口并联连接，构成该半桥臂的混合子模块电路的简化电路；

同一半桥臂上的半桥子模块电路的简化电路与混合子模块电路的简化电路的原边串联连接后，构成该半桥臂的简化电路；

同一相上下桥臂的简化电路串联后构成该桥臂的简化电路，不同相桥臂的简化电路并联，得到换流器的输入端口和高压输出端口，所有半桥臂的所有混合子模块的双端口戴维南等效电路的副边端口并联，得到换流器的低压输出端口。

8.根据权利要求4所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，反向计算每个所述混合子模块两个交流端口电压的过程，包括：

将每个所述混合子模块的原边端口戴维南等效电路还原；

根据所述桥臂电流，计算流过还原后的原边端口戴维南等效电路的每个支路的电流、每个所述半桥子模块内部的电容电流，并求得流过还原后的原边端口戴维南等效电路的内部所有电容电流、电感电流；

根据每个支路的电流，计算每个混合子模块内部的开关器件的导通压降，并利用每个半桥子模块及每个混合子模块的电容电流、电感电流，更新离散化过程中的电容电压、电感电压；

每个混合子模块内部的开关器件的导通压降及电容电压，计算每个所述混合子模块两个交流端口电压。

9.根据权利要求8所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，更新所述换流器的等效模型的过程包括：

修改每个半桥子模块及混合子模块内部开关器件的可变电阻阻值；

重新计算每个混合子模块的双端口戴维南等效电路；

通过每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，更新换流器的等效模型。

10.根据权利要求1所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，还包括：

当所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压全部满足电路关联方向时，则仿真单步长计算结束。