[发明专利]一种并网MMC的直流电压控制特性分析方法

摘要

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Lsac与电容Cac的值有关。电感Lsac与电容Cac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。

主权项

1.一种并网MMC的直流电压控制特性分析方法，其特征在于，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，Rsac＝Rs+Rac，Lsac＝Ls+Lac，且有如下公式：idc＝iZu+iZv+iZw   (2.5)vacu+vacv+vacw＝0   (2.7)将方程组(2.1)中的三个方程分别相加，得式中：LLdc＝LL+Ldc/3，RLdc＝RL+Rdc/3，Cdc3＝3Cdc如果并网MMC系统三相是平衡的，则三相电容能量是平衡的，具有相同的平均值，如果不考虑电容电压波动对输出电压的影响，则用vdc来代替式(2.2)中的vdcu，vdcv和vdcw，于是式(2.2)写成联立式(2.8)～式(2.10)画出并网MMC的外特性；定义三相输入电压源和开关函数分别为定义变换矩阵根据定义的变换矩阵，把对称的三相变量变换到两相同步旋转坐标系中去，即有[xd xq x0]T＝TP[xa xb xc]T   (2.14)式中：xd，xq和x0分别为同步坐标系中d轴，q轴和0序分量；xa，xb和xc分别为三相坐标系中的三个分量；如果x_a，x_b和x_c的幅值为初始相位为则有可见，三相对称的变量经过坐标变换在同步坐标系中表现为直流特性，其大小取决于三相变量初始相位相对于变换矩阵的初始相位，但合成矢量的幅值为三相变量的幅值；对于系统中的微分变量，有可见，三相系统中的微分项经过变换到同步坐标系中，两相之间存在着耦合；对于三相系统，其有功功率为u和i的点乘，即p＝uabcT·iabc＝uaia+ubib+ucic   (2.17)式(2.17)作如下变换：如果忽略izu谐波分量对Cac的影响，则经过dq变换，式(2.10)和式(2.4)变为写成矩阵的形式Zpx＝Ax+Bu   (2.20)式中Z＝diag[Lsac Lsac Cac Cac Cdc3LLdc]，x＝[id iq vacd vacq vdc idc]T根据式(2.20)画出同步坐标系中并网MMC的等效模型，模型由三个直流回路组成，即d，q回路和输出直流回路；为简化分析，设即变换矩阵的初始相位和调制函数的相位相同，在这一假设下有：S_d＝M，S_q＝0，为调制函数和输入电压初始相位之差；在系统稳态时，电感短路，电容开路，如果忽略等效电阻R_sac，则写出以下方程组：整理得如果则此时，电容电压通过M和进行控制，但输入无功电流i_q将无法控制；如果(M²/3‑1)/ωC_ac+ωL_sac＝0，根据式(2.22)，则要求v_sq＝0，这与v_sq是输入变量矛盾的，此时，系统将无法按照控制要求进行工作，在这种情况下，输入电感和电容在基波频率发生谐振，输入阻抗呈阻性，无法对输入电流进行控制；如果ωLsac‑1/ωCac≠0且(M2/3‑1)/ωCac+ωLsac≠0，则根据式(2.22)可得式中输出电压相对于输出电压峰值的增益表示为显然，改变输入电压的相位差就改变输出电压的大小；观察Xa1的表达式，看出其是电感和电容组成串联回路的阻抗；假设设M的变化范围定义为[0,Mmax]；考察XC和XL的比值x；当x<1时，X_a1>0，阻抗呈感性，输出电压随调制函数幅值M的增大而增大；在时增益取得最大值，即显然，直流负载电阻越大，输出电压越高；当时，X_a1<0，阻抗呈容性，C_ac对输出电压的影响大于输入电感，为了使输出电压为正，则必须满足而增益在时取得最大值；当时，Xa1＝0，为了分析方便，假设Mmax＝1.5，则在M的变化区间内，Xa1在区间[1,4]内存在零点。