[发明专利]一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法

权利要求书

1.基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。其特征在于，包括：

有源型MMC在本质上仍为三相电压源换流器，其子模块拓扑结构为电池储能单元经DC-DC变换器并联于半桥子模块电容侧，是MMC的一个引申结构。有源型MMC系统属于三端口变流器，同时连接交流端、直流端和电池储能端。

P_sref-P_bref＝P_dcref (1)

其中，P_sref为交流侧功率，P_dcref为直流侧功率，P_bref为储能侧功率。

根据功率守恒原理，流入三端口变流器的功率和为零，因此控制三端中的两端功率，即可控制变流器三端的功率，增加了控制功率的自由度。有源型MMC可分为直流侧功率控制，交流侧功率控制和储能电池充放电的功率控制，本发明采用同时控制交流侧功率和储能侧功率的控制策略。有源型MMC交流侧功率控制采用经典的内外环功率解耦控制，每个子模块中增加一个双向DC-DC变换器，因此在控制上增加一个自由度。储能侧可设定不同的功率参考值单独控制每个储能模块充放电。当储能模块处于充电状态时，导通T₄和D₃，与滤波电感L_b构成boost电路，使双向DC-DC变换器工作在升压模式。当储能模块处于放电状态，导通双向DC-DC变换器中的T₃和D₄，与滤波电感L_b构成buck电路，使双向DC-DC变换器工作在降压模式。有源型MMC中的储能模块采用Shepherd模型，将其充放电简化为一个可逆过程，将其放电过程化分为三个区：指数区、额定工作区和深度放电区。额定状态下放电电压数值为额定电压E_b。

2.根据权利要求1所述的基于模态划分的有源型MMC时域解析模型的建模方法。其特征在于，该模型建立包括以下步骤：

最后根据子模块拓扑结构、KCL和KVL列写微分方程组，推导出有源型MMC电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。

步骤1：根据有源型MMC子模块拓扑、电池储能充放电机理和半桥子模块IGBT状态，分析其不同工作状态下的工作模式。

步骤2：根据有源型MMC等效电路和数学原理，推导出上、下桥臂电压时域解析表达式和考虑二次谐波环流的上、下桥臂电流数学时域解析表达式。

步骤3：引入开关函数模型，建立桥臂电流与流入子模块电流的关系，引入平均值法，建立储能电流与双向DC-DC变换器输出电流的关系。

步骤4：根据有源型MMC的不同工作模式和基尔霍夫定律，根据储能等效模型和电容器特性，列写微分方程组，推导出有源型MMC的电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。

3.根据权利要求1所述的基于模态划分的有源型MMC时域解析模型和权利要求2所述的模型建立方法，其特征在于，步骤1到步骤4，前一个步骤是后一个步骤执行的基础，这4个建模步骤彼此之间环环相扣、顺序执行，为一个有机的、不可分割的整体。同时，有源型MMC时域解析模型能够直观的反映相关电气量的波形特征和影响因素为抑制电容电压波动和减小储能电流中谐波含量，对设备选型、参数优化等提供理论支撑。