[发明专利]一种模块化多电平换流器交直流侧谐波传输特性的解析方法

说明书

本发明公开了一种模块化多电平换流器交直流侧谐波传输特性的解析方法，该方法首先分析了背景谐波对MMC控制系统和电气系统都产生的影响，提出了背景谐波对MMC的电气量影响和控制量影响的计算方法。基于此分析了MMC‑HVDC的控制系统和电气系统之间的耦合关系，建立了考虑子模块内部电压波动和桥臂环流影响的MMC电气系统等效电路，利用该等效电路可得出背景谐波对MMC另一侧产生影响的解析表达式。

技术领域

本发明属于柔性直流输电安全运行领域，特别是涉及一种模块化多电平换流器交直流侧谐波传输特性的解析方法，用于分析交、直流侧背景谐波通过模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的传播过程，避免交流侧某些频率的谐波将会引起直流网络的谐振，导致系统不稳定，对深入了解MMC的工作原理、谐波传输机理、谐波抑制及稳定性分析具有重要意义。

背景技术

近年来，随着大容量柔性直流电网工程逐渐建立，其潜在的稳定性问题也日益凸显。随着新能源的发展，越来越多的弱系统及新能源电场通过MMC进行系统互联。然而，弱交流和新能源系统易受到谐波扰动和非线性设备的影响，在一些极端情形下，交流侧某些频率的谐波将会引起直流网络的谐振，导致系统不稳定，并通过直流电网传播到其他互联的交流系统中。

一方面，由于MMC桥臂电流、子模块电容电压电流与调制波之间存在复杂的耦合关系，以往的用于两电平VSC的解析方法不适用于MMC谐波传输特性分析。另一方面，MMC桥臂电压将在谐波传输过程中起到重要作用，以往稳态运行解析方法忽略了MMC子模块内部谐波分量或仅考虑二次谐波分量，简化系统分析过程的同时，使分析结果产生很大的误差，不能用于谐波传输的定量分析。因此，提出MMC交流侧与直流侧谐波传播特性的解析方法十分必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种模块化多电平换流器交直流侧谐波传输特性的解析方法，因此首先分析了背景谐波对MMC控制系统和电气系统都产生的影响，提出了背景谐波对MMC的电气量影响和控制量影响的计算方法。基于此分析了MMC-HVDC的控制系统和电气系统之间的耦合关系，建立了考虑子模块内部电压波动和桥臂环流影响的MMC 电气系统等效电路，利用该等效电路可得出背景谐波对MMC另一侧产生影响的解析表达式。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种模块化多电平换流器交直流侧谐波传输特性的解析方法，包括以下步骤：

步骤一：当MMC交流侧含有背景谐波时，采集交流端口三相交流电压实际值u_abc、三相交流电流实际值i_abc，包括稳态分量和谐波分量，并进行标幺化；当直流侧含有背景谐波时，采集直流侧电压实际值u_dc，并进行标幺化；

步骤二：对于三相交流电压实际值u_abc和三相交流电流实际值i_abc，通过dq变换获取交流电压实际值d轴稳态分量u_d、q轴稳态分量u_q、d轴小扰动分量和q轴小扰动分量以及交流电流实际值d轴稳态分量i_d、q轴稳态分量i_q、d轴小扰动分量和q轴小扰动分量并计算其经过控制环对控制系统的影响；

步骤三：当MMC交流侧含有背景谐波时，分析背景谐波对MMC电气系统的影响，包括交流侧背景谐波引起的桥臂谐波电流、子模块谐波电压波和桥臂输出电压波动；

步骤四：基于步骤二和步骤三，分析了MMC-HVDC的控制系统和电气系统之间的耦合关系，建立了考虑子模块内部电压波动和桥臂环流影响的MMC电气系统等效电路，利用该等效电路得出背景谐波对MMC另一侧产生影响的解析表达式。