[发明专利]一种并网MMC的直流电压控制特性分析方法

说明书

本发明提供一种并网MMC的直流电压控制特性分析方法，是在严谨数学推导的前提下，以采用电力电子器件建立的满足数学关系的并网模块化多电平变换器(MMC)等效静态模型为基础，分析直流电压控制的可能性以及大致范围。特征在于简化了模块化多电平变换器(MMC)接入电力系统运行后的分析，且明确指出了可以进行直流电压控制主要与电感L_sac与电容C_ac的值有关。电感L_sac与电容C_ac值不同，则系统处于不同的模式，则在不同模式下满足不同条件时，直流电压控制可行，同时确定了直流电压控制的范围，推动了模块化多电平变换器(MMC)在电力系统中的应用，促进了电力系统的发展。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，涉及一种采用直流电压控制的并网模块化多 电平变换器(MMC)特性分析方法。

背景技术

作为一种特殊的二电平电压源型变流器(voltage sourced converter，VSC)结构，模块化多电平换流器MMC(Modular Multilevel Converter)最早是由慕尼黑 联邦国防军大学的Marquardt和Lesnicar等人提出的，具有多方面的优势，如整 流和逆变状态四象限运行、可满足不同等级电压的模块化结构、可满足高压大功 率需求、可不接变压器以及冗余化设计等，因此近期得到了越来越广泛的发展和 研究。它的拓扑结构及子模块结构见图1，三相MMC拓扑及半桥子模块结构如 图1所示，三相MMC由6个桥臂构成，上下桥臂合为一个相单元，每个桥臂 包含N个级联的子模块(SM1至SMN)和一个桥臂电抗器L，而模块是一个半 桥变换器。图1中u_j，i_j分别为换流器输出交流相电压、相电流(j＝u,v,w，表示 交流u、v、w三相)；图中，v_su，v_sv，v_sw为电网三相电压源，R_s和L_s分别为线 路电阻和电感。半桥子模块(half bridge sub-module，HBSM)由2个IGBT(T_U和T_L)和与之反并联的二极管以及电容C构成。根据T_U和T_L开通状态的不同， 子模块端电压为电容C两端电压或0。每个模块电容的电压平均值相同，一般为 输入直流电源的N分之一。模块的上下开关管互补工作，当上管开通时，模块 电容被接入电路进行充放电，电路中的电平数量增加一个；当上管截止，下管开通时，模块电容被旁路，电路中的电平就减少一个。这样通过控制每个模块的开 关管，就可以控制电路中的电平数量，从而控制输出的电平。

模块化多电平换流器MMC作为一种新型的拓扑结构，具有输出电压谐波含 量低、开关损耗小、可扩展性强、易于实现冗余控制等优点，且通过低压子模块 的叠加可方便地输出高电压，因此MMC在高压直流输电领域的应用成为近来研 究的热点。

直流电压稳定是MMC系统正常工作的前提条件。目前研究主要是将直流电 压作为控制系统的一部分，但控制系统参数需通过换流器的传递函数来确定，而 MMC的传递函数很难确定，故上述方法在MMC中的应用较困难。

发明内容

一种并网MMC的直流电压控制特性分析方法，其过程为：基于并网MMC 的三相等效模型分别写出如下的系统微分方程：

式中，R_sac＝R_s+R_ac，L_sac＝L_s+L_ac，且有如下公式：

i_dc＝i_Zu+i_Zv+i_Zw (2.5)