[发明专利]基于MMC离散建模的交流短路电流计算方法

摘要

本发明提供一种基于MMC离散建模的交流短路电流计算方法，包括如下步骤：A：对单相五电平MMC逆变器进行分段分析并建立离散模型；B：对上述模型的占空比函数进行求解；C：将短路发生瞬间的状态变量值作为短路发生后状态变量初值带入短路故障下MMC的模型中进行迭代，进行故障下交流电流的求解。本发明通过对单相五电平MMC变流器的分段分析，建立了MMC变流器的离散时间模型，并给出了交流侧短路故障下的故障电流的计算方法；并且在PSCAD平台上搭建了仿真模型，用实验验证了短路电流计算方法的正确性和有效性。

主权项

1.一种基于MMC离散建模的交流短路电流计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A：对单相五电平MMC逆变器进行分段分析并建立离散模型，具体包括步骤A1：在假设不考虑均压过程的情况下，令MMC桥臂子模块按照上下桥臂投入不同数目子模块的顺序进行投切，从而得到对应不同的阶梯波输出；步骤A2：列写出电路的状态方程，由于状态方程中存在着随时间而分段变化的开关函数项，其系数矩阵和输入矩阵可进行分段表达；步骤A3：对每个阶段都建立离散后的状态方程，将前一个阶段状态变量的末值作为下一个阶段状态变量的初值，依次进行迭代到第八个阶段，便可以得到单相五电平MMC状态变量在每个状态末位置的离散化表示模型；B：对上述模型每个阶段的占空比函数进行求解，具体基于以下公式一个完整周期内每个投切状态的占空比函数：公式(1)中，δm表示每个状态上桥臂投入的模块数，N为总桥臂子模块数，vc表示桥臂子模块电容电压，Vj,ref为调制波峰值；C：令交流侧负载短路，将短路发生瞬间的状态变量值作为短路发生后状态变量初值带入短路故障下MMC的模型中进行迭代，进行故障下交流电流的求解，具体是：定义短路故障发生在交流侧负载位置，故障发生时，将Rload的值设定为与Rfault相同，将故障发生后的状态矩阵与输入矩阵记为：公式(2)(3)中，R0代表整个桥臂损耗的等效电阻，L0为桥臂电抗器，Lac为变流器交流出口到交流侧负载之间的等效电感，δm表示每个状态上桥臂投入的模块数，N为总桥臂子模块数，Rfault为故障等效电阻；根据故障发生时间进行如下操作：操作一，短路故障发生在每个阶段的初值时刻，此时故障下状态变量初值有：xfault(tn)＝x(tn)                      (4)公式(4)中，xfault是故障的状态变量，tn为故障发生时间；将其同式(4)一起带入稳态下的MMC离散模型中，得交流负载短路故障下的离散模型为：公式(5)中，φfault(djTs)与ψfault,j(djTs)分别表示状态方程系数，xfault.0表示故障状态变量初始值，V表示电压矩阵；操作二，短路故障发生在每个阶段的末值时刻，此时故障下状态变量初值有：公式(6)中，x_fault是故障的状态变量，为故障发生时间；此时由于初始起点改变了，因此每个阶段的占空比也发生了改变，故障下新的占空比可以写为：d′r＝dr+m                       (7)公式(7)中，d’r是故障下新占空比函数，dr+m为故障前占空比函数；将式(8)(9)带入(7)中相应位置即可得到对应的离散模型；操作三，短路故障发生在任一阶段的中间时刻时，状态变量的初值可以写为：在公式(8)中，表示故障发生的时间，x_fault表示故障的状态变量；根据故障发生的时间可以求出故障时间到本阶段末位置的时间dm+1Ts‑Δt，将此时间段作为单独的一段带入下式求解出本阶段末位置的状态变量，然后再以故障发生阶段末位置为起点来进行接下来一周期的迭代计算，便可得到故障发生在任一阶段中间时刻时的离散模型；依次迭代，便可得到MMC在交流负载短路故障下的响应情况，而交流短路电流的最大值即可通过求解故障发生后的第一个周期内的电流最大值得到。