[发明专利]一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模方法

说明书

本发明公开了一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模方法，利用傅里叶变换和欧拉公式获取相量形式的桥臂电流、桥臂等效电容电压和子模块投切系数；根据桥臂电流、桥臂等效电容电压、子模块投切系数以及时域下MMC的平均值数学模型来得到MMC的稳态频域模型；根据谐波线性化的方法在稳态频域模型的公共连接点注入频率为f_s的电压扰动信号，并将稳态频域模型在稳态工作点处线性化，得到注入扰动后MMC主电路频域小信号模型；根据MMC的控制系统分别对各控制环节进行建模，得到注入扰动后子模块投切系数的小信号模型；根据MMC主电路频域小信号模型和子模块投切系数的小信号模型，求解MMC的交流侧阻抗，实现了更加精确的MMC阻抗建模。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统技术领域，特别涉及一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模方法。

背景技术

近年来，柔性直流输电技术以其可控性高、谐波含量低、结构灵活等优势逐渐在输电系统中被广泛应用。随着柔性直流输电工程数量的不断增多，基于模块化多电平换流器(modular multilevel convert,MMC)的柔性直流输电技术在新能源接入、异步电网互联等领域迅速发展。柔性直流电网具有非线性、耦合性强的特点，因此MMC换流站容易受到谐波的影响，进而引起整个直流系统谐振。目前已有多个MMC-HVDC系统在运行或调试过程中发生振荡现象，深入全面分析MMC振荡机理对于保障电网安全稳定运行意义重大。

目前，学术界主要采用基于阻抗建模的频域分析方法研究电力电子互联系统宽频振荡问题，并已经广泛应用于换流器并网系统中。考虑到MMC内部桥臂电流、电容电压的谐波交互耦合特性以及MMC控制系统固有的非线性特征，MMC的精确阻抗建模存在较大困难。目前，大多数文献所建立的MMC阻抗模型忽略了MMC内部多电气变量的频率耦合效应，或者所建立模型仅考虑结构相对简单的交流电压外环控制甚至忽略不对称控制外环，基于上述假设条件得到的MMC阻抗模型在进行系统稳定性研究时可能会造成分析结果的不准确，因此需要考虑MMC内部电气量及内外环控制耦合特性，建立更加精确的MMC阻抗模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模方法，实现更加精确的MMC阻抗建模。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模方法，包括步骤：

S1、利用傅里叶变换和欧拉公式将MMC的桥臂电流i_u、桥臂等效电容电压v_u和子模块投切系数s_u转换至频域下，得到相量形式的桥臂电流i_u、桥臂等效电容电压v_u和子模块投切系数s_u；

S2、根据所述桥臂电流i_u、所述桥臂等效电容电压v_u、所述子模块投切系数s_u以及时域下MMC的平均值数学模型来得到MMC的稳态频域模型；

S3、根据谐波线性化的方法在稳态频域模型的公共连接点注入频率为f_s的电压扰动信号并将所述稳态频域模型在稳态工作点处线性化，得到注入扰动后MMC主电路频域小信号模型；

S4、根据MMC的控制系统分别对各控制环节进行建模，得到注入扰动后子模块投切系数的小信号模型

S5、根据MMC主电路频域小信号模型和子模块投切系数的小信号模型，求解MMC的交流侧阻抗Z_{MMC_AC}(f_s)。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模终端，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上一种模块化多电平换流器交流侧阻抗建模方法中的步骤。