用于直流电压控制特性的三相并网MMC静态模型及建立方法技术

本发明专利技术提供一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型及建立方法，提出了并网MMC的dq旋转坐标系中的等效模型，以此为基础，分析了MMC的静态特性，分析了不同参数及幅度调制比下MMC的输出直流电压增益特性，指出MMC存在电感主导和电容主导两个在幅度调制比全范围内变化均能稳定的工作模式，而介于两种模式之间，系统电压增益方程存在极点，研究了MMC的输入功率特性，分析了电感主导模式和电容主导模式下系统直流电压下的工作范围，证实了并网MMC在一定条件下，低直流电压工作的可行性。本发明专利技术用于分析三相并网MMC在稳态时的物理特性，用系统的微分方程合并与矩阵变换简化了模型，为并网MMC的控制做了铺垫。

【技术实现步骤摘要】
用于直流电压控制特性的三相并网MMC静态模型及建立方法
本专利技术涉及电力电子
，更具体地，涉及一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC静态模型及建立方法。
技术介绍
典型的MMC并网拓扑结构图如图1所示，图中，vsu，vsv，vsw为电网三相电压源，Rs和Ls分别为线路电阻和电感，两个桥臂电感并联等效成Lac串在交流侧，该电感在MMC并网时，可以用于调控电网流入MMC的电流，如果Lac不足以达到调控的目标，则在交流侧需要串联电感Ls，用于补偿Lac的不足。直流侧，电压源vd、电感LL和电阻RL组成了有源直流负载网络，当vd小于MMC桥臂电容电压时，MMC工作于整流状态，当vd大于MMC桥臂电容电压时，MMC工作于逆变状态。从外特性上看，并网MMC和普通的并网逆变器相同，普通并网逆变器的相关分析和控制方法可以用于并网MMC中。图2中电流的参考方向和前面的相反，即假设交流侧提供功率源，直流侧为负载侧。根据经典MMC并网拓扑结构的系统微分方程，将其进行分析化简，以及基于矩阵变换可以画出同步坐标系中并网MMC的等效模型，如图3所示，模型由三个直流回路组成，即d，q回路和输出直流回路。图中，T1和T2为两个受控源网络，其反应了MMC直流侧电压电流和交流侧电压电流的关系，直流负载ZL为等效阻抗。T3和T4为两个回转器，其模型及伏安关系如图4所示。图中ZL为直流等效负载。然而，虽然并网MMC在dq旋转坐标系中的等效模型已经进行过微分方程与矩阵变化的化简处理，若直接对其进行静态特性中直流电压控制特性的分析，同样比较复杂，会耗费大量人力物力，导致应用的局限性。专利技术内容本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型，具体为：在系统稳态时，电感短路，电容开路，忽略等效电阻Rsac，则得到三相并网系统的稳态模型，其中稳态模型中各参数关系能写出以下方程组：整理得其中ω-频率、Lsac-电感系数、iq-q轴电流、id-d轴电流、M-调制比、vdc-直流电压、vacd-d轴交流电压、vsd-电网侧d轴交流电压、vacq-q轴交流电压、vsq-电网侧q轴交流电压、Cac-交流电容系数、idc-直流电流、ZL-电感阻抗值；上述稳态模型存在电感主导和电容主导两种工作模式，在不同参数及幅度调制比和MMC的输出直流电压增益特性的条件下，MMC存在电感主导和电容主导两个在幅度调制比全范围内变化均能稳定的工作模式；介于两种模式之间，MMC系统电压增益方程存在极点，根据MMC的输入功率特性以及电感主导模式和电容主导模式下系统直流电压下的工作范围，能证实并网MMC在一定条件下，低直流电压工作的可行性，两种工作模式在低直流电压条件下工作。一种三相并网MMC静态模型的建立方法，包括以下步骤：步骤一：建立并网MMC数学模型，得出系统的微分模型；步骤二：微分方程合并化简，在不考虑电容电压波动对输出电压影响的前提下，得到并网MMC的外特性及并网MMC三相静止坐标系中的等效模型；步骤三：通过坐标变换，得到在同步坐标系下并网MMC等效模型；步骤四：分析步骤二中所得到的并网MMC三相静止坐标系中的等效模型，分别分析电感主导模式和电容主导模式下系统直流电压下的工作范围；步骤五：基于步骤三的同步坐标系下并网MMC等效模型，考虑变换矩阵的初始相位和调制函数的相位相同的前提下，得到简化的dq旋转坐标系等效模型；步骤六：基于步骤五得到的简化dq旋转坐标系等效模型，考虑在系统稳态时，电感短路，电容开路，忽略等效电阻Rsac，最终建立MMC稳态模型。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：根据MMC的并网特性，提出了并网MMC的三相坐标系和dq旋转坐标系的模型，并通过分析并网MMC的静态工作特性，提出并网MMC具有电感主导和电容主导两种工作模式，最终得出MMC低直流电压的工作范围。由于三相并网MMC模型为数学意义上的等效模型，并不会改变系统的物理特性，也就不会影响对系统的分析。附图说明图1为现有的并网MMC拓扑结构示意图。图2为本专利技术实施例的并网MMC等效模型示意图，分为交流侧与直流侧。图3为本专利技术实施例的并网MMC在dq旋转坐标系中的等效模型示意图。图4为本专利技术实施例的回转器模型及伏安关系图。图5为本专利技术实施例的电感主导条件下的MMC运行矢量图。图6为本专利技术实施例的电容主导下的MMC运行矢量图。图7为本专利技术实施例的dq旋转坐标系等效模型示意图。图8为本专利技术实施例的MMC稳态等效模型示意图。图9为本专利技术实施例的输出电压增益随M变化曲线图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。参见图1，vsu，vsv，vsw为电网三相电压源，Rs和Ls分别为线路电阻和电感，由并网MMC的三相等效模型，并且可以分别写出如下的系统微分方程：式中，Rsac＝Rs+Rac，Lsac＝Ls+Lac。从图1以及电路的对称性可以得出：idc＝iZu+iZv+iZw(5)vacu+vacv+vacw＝0(7)将方程组(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，则可以用vdc来代替式(2)中的vdcu，vdcv和vdcw，于是式(2)可以写成联立式(8)-式(10)可以画出，并网MMC的等效模型如图2所示。图中ipu＝Suiu/2,ipv＝Sviv/2,ipw＝Swiw/2，icu＝2SuiZu，icv＝2SviZv，icw＝2SwiZw，vu＝Suvdcu/2，vv＝Svvdcv/2，vw＝Swvdcw/2，Cdc3＝3Cdc。图2体现了并网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，可以把对称的三相变量变换到两相同步旋转坐标系中去，即有：[xdxqx0]T＝TP[xaxbxc]T(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xa，xb和xc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(17)式(17)可以作如下变换：p＝uabcT·iabc＝uabcT(TPTTP)iabc＝(uabcTTPT)(TPiabc)＝(uabcTP)T(TPiabc)＝(udq)T(idq)＝(udid+uqiq)(18)如果忽略izu谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型，其特征在于，在系统稳态时，电感短路，电容开路，忽略等效电阻Rsac，则得到三相并网系统的稳态模型，其中稳态模型中各参数关系能写出以下方程组：

【技术特征摘要】
1.一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型，其特征在于，在系统稳态时，电感短路，电容开路，忽略等效电阻Rsac，则得到三相并网系统的稳态模型，其中稳态模型中各参数关系能写出以下方程组：整理得其中ω-频率、Lsac-电感系数、iq-q轴电流、id-d轴电流、M-调制比、vdc-直流电压、vacd-d轴交流电压、vsd-电网侧d轴交流电压、vacq-q轴交流电压、vsq-电网侧q轴交流电压、Cac-交流电容系数、idc-直...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱峰，易仕敏，廖鹏，张子泳，伍双喜，罗钢，刘俊磊，娄源媛，吴国炳，杨银国，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东,44