一种MMC谐波稳定性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种MMC谐波稳定性评估方法，用于评估MMC第k次交流谐波的稳定性，包括：根据MMC和换流变压器的基本参数计算MMC的第k次交流谐波阻抗矢量Zmmc；在第一直角坐标系下绘制矢量Zmmc，并以矢量Zmmc的幅值为半径、以第一直角坐标系的原点为圆心绘制圆C；根据交流系统第k次背景谐波阻抗的基本参数，在第二直角坐标系中绘制矢量Zac末端的变化区域G；若变化区域G完全位于圆C外，则判定MMC第k次交流谐波稳定；否则，判定MMC第k次交流谐波不稳定。本发明专利技术考虑了交流系统背景谐波阻抗的影响，能够提高对MMC的谐波稳定性评估的准确度；通过几何作图的方法，能够准确、简便、直观的实现对MMC谐波稳定性的评估，具有较强的工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC谐波稳定性评估方法
本专利技术属于电力系统输配电
，更具体地，涉及一种MMC谐波稳定性评估方法。
技术介绍
MMC(ModularMultilevelConverter，模块化多电平换流器)自2001年提出以来，因其优异的工作性能和广阔的工程应用前景，获得了学术界和工业界广泛的关注，成为目前柔性直流输电领域最具潜力的优选拓扑。MMC接入的交流系统中难免存在背景谐波，其在运行过程中会受到交流系统背景谐波的影响。判断MMC在各次交流系统背景谐波的影响下能否稳定可靠工作，即评估MMC的谐波稳定性，是目前实际工程中关注的重点问题之一，也是亟待解决的难题之一。目前工程中，评估MMC谐波稳定性的方法往往通过推导MMC的谐波阻抗模型，而忽略了交流系统背景谐波阻抗的影响，因此评估准确度不高。而且现有的MMC谐波阻抗模型过于复杂，无法直接应用于工程计算。因此，构造能够方便用于判断谐波稳定性的MMC谐波阻抗模型，并结合交流系统背景谐波阻抗评估MMC的谐波稳定性在工程应用中有着重要的实际意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种MMC谐波稳定性评估方法，旨在解决现有的评估MMC谐波稳定性的方法计算复杂且准确度不高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种MMC谐波稳定性评估方法，用于评估MMC第k次交流谐波的稳定性，包括：(1)根据MMC和换流变压器的基本参数计算MMC的第k次交流谐波阻抗矢量Zmmc；(2)在第一直角坐标系下绘制矢量Zmmc，并以矢量Zmmc的幅值为半径、以第一直角坐标系的原点为圆心绘制圆C；根据交流系统第k次背景谐波阻抗矢量Zac的基本参数，在第二直角坐标系中绘制矢量Zac末端的变化区域G；(3)若变化区域G完全位于圆C外，则判定MMC第k次交流谐波稳定；否则，判定MMC第k次交流谐波不稳定；其中，第一直角坐标系和第二直角坐标系均用于表示复数矢量；第二直角坐标系的原点为矢量Zmmc的末端，且实轴和虚轴分别与第一直角坐标系的实轴和虚轴平行。在上述方法中，由于第二直角坐标系以矢量Zmmc的末端为原点，若变化区域G完全位于圆C外，则矢量之和Zmmc+Zac的结果矢量以第一直角坐标系的原点为起点且末端位于圆C外，此时，矢量幅值满足如下关系：由此可以得到交流系统第k次背景谐波电压在MMC的公共连接点(PCC)产生的谐波电压Ummc与交流系统第k次背景谐波电压Uac之间的放大系数为：当kh<1时，换流器不会对交流系统谐波电压产生放大作用；当kh>1时，换流器在交流系统k次谐波的长期影响下会出现损耗增大，结温上升的情况，虽然不会对器件造成致命影响，但是长期暴露于高频谐振会影响电力电子设备的使用寿命，最终导致设备无法可靠工作，可认为谐波不稳定；由此可知，本专利技术的评估结果与根据电压放大系数评估MMC谐波稳定性的评估结果一致，因此本专利技术能够准确评估MMC的谐波稳定性，而且本专利技术考虑了交流系统背景谐波阻抗的影响，能够有效提高评估准确度，并且本专利技术通过几何作图的方法，将阻抗矢量Zmmc与阻抗矢量之和Zmmc+Zac的幅值相对大小关系转化为了图形之间的位置关系，能够简便、直观的实现对MMC谐波稳定性的评估，具有较强的工程意义。进一步地，步骤(1)中，用于计算矢量Zmmc的阻抗模型为：其中，KT、LT和RT分别为换流变压器的变比、漏抗等效电感和损耗等效电阻，Larm和Rarm分别为MMC的桥臂电抗器电感值和桥臂等效电阻值，Zsbase为MMC的交流阻抗基值，Tm为MMC的调制延时，kP和kI分别为MMC的内环电流控制的比例环节参数和积分环节参数，ωu和ξu分别为MMC的交流电压信号滤波器的截止角频率和阻尼比，ωi和ξi分别为MMC的交流电流信号滤波器的截止角频率和阻尼比，s为复频率参变量。上述阻抗模型的确定方法如下：根据基尔霍夫电压定律，可以得到MMC交流侧电路动态方程为：式(1)中，i为从交流电网流入换流变压器的交流电流，Ucon为MMC交流侧电压；对式(1)采用Park变换，并忽略交叉耦合项的影响，可以得到：式(2)中，Ummcdq、Ucondq和idq分别为电压Ummc、电压Ucon和交流电流i在dq旋转坐标系下对应的量；将MMC的调制过程等效简化成一阶延时环节，可以得到MMC交流电压参考值与实际值Ucondq的关系为：当考虑的交流阻抗频率达到100Hz及以上时，可以忽略MMC外环控制及锁相环的影响；同时，对于交流阻抗，MMC的直流侧及内部动态的影响也可以忽略；基于上述特性，可以得到交流电压参考值的表达式为：由此可以得到MMC的交流阻抗为：根据上述确定阻抗模型的方法可知，本专利技术所提出的用于计算MMC的第k次交流谐波阻抗矢量Zmmc的阻抗模型，对现有的MMC谐波阻抗模型进行了合理的简化，能够在准确获取到矢量Zmmc的前提下，有效简化计算过程，从而使得本专利技术所提供的方法能够直接应用于工程计算。进一步地，步骤(2)中，绘制变化区域G，包括：在第二直角坐标系中，绘制与实轴垂直且实部数值分别为Re_min和Re_max的直线l1和直线l2，从而得到矢量Zac的实部数值变化区域G1；绘制与虚轴垂直且虚部数值分别为Im_min和Im_max的直线l3和直线l4，从而得到矢量Zac的虚部数值变化区域G2；绘制以原点为圆心、以Z_abs_min和Z_abs_max为半径的圆C1和圆C2，从而得到矢量Zac的幅值变化区域G3；绘制以原点为端点、与实轴夹角分别为Pha_min和Pha_max的射线h1和射线h2，从而得到矢量Zac的角度变化区域G4；获得变化区域G1、变化区域G2、变化区域G3以及变化区域G4的交集，从而得到变化区域G；其中，Re_min和Re_max分别为矢量Zac的实部最小值和实部最大值，Im_min和Im_max分别为矢量Zac的虚部最小值和虚部最大值，Z_abs_min和Z_abs_max分别为矢量Zac的幅值最小值和幅值最大值，Pha_min和Pha_max分别为矢量Zac的角度最小值和角度最大值。进一步地，本专利技术所提供的MMC谐波稳定性评估方法，还包括：(S1)若MMC第k次交流谐波稳定，则转入(S3)；否则，转入(S2)；(S2)根据变化区域G和圆C的位置关系调整MMC的控制参数，并执行步骤(1)-(3)以重新评估MMC第k次交流谐波稳定性；转入(S1)；(S3)将MMC当前的控制参数确定为使得MMC第k次交流谐波稳定的控制参数；其中，控制参数包括内环电流控制的比例环节参数、交流电压信号滤波器的截止角频率和交流电流信号滤波器的截止角频率。本专利技术所提供的MMC谐波稳定性评估方法，还能够根据评估结果，获得使得MMC第k次交流谐波稳定的MMC控制参数，从而从谐波稳定性的角度为MMC的设计提供理论指导，具有较强的工程实际意义。更进一步地，步骤(S2)中，调整MMC的控制参数，包括：根据变化区域G和圆C的位置关系，调节内环电流控制的比例环节参数；若调节内环电流控制的比例环节参数无法使得MMC第k次交流谐波稳定，则根据变化区域G和圆C的位置关系，调节交流电压信号滤波器的截止角频率；若调节交流电压信号滤波器的截止角频率无法使得MMC第k次交流谐波稳定，则根据变化区域G和圆C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC谐波稳定性评估方法，用于评估MMC第k次交流谐波的稳定性，其特征在于，包括：(1)根据所述MMC和换流变压器的基本参数计算所述MMC的第k次交流谐波阻抗矢量Zmmc；(2)在第一直角坐标系下绘制所述矢量Zmmc，并以所述矢量Zmmc的幅值为半径、以所述第一直角坐标系的原点为圆心绘制圆C；根据交流系统第k次背景谐波阻抗的基本参数，在第二直角坐标系中绘制所述矢量Zac末端的变化区域G；(3)若所述变化区域G完全位于所述圆C外，则判定所述MMC第k次交流谐波稳定；否则，判定所述MMC第k次交流谐波不稳定；其中，所述第一直角坐标系和所述第二直角坐标系均用于表示复数矢量；所述第二直角坐标系的原点为所述矢量Zmmc的末端，且实轴和虚轴分别与所述第一直角坐标系的实轴和虚轴平行。

【技术特征摘要】
1.一种MMC谐波稳定性评估方法，用于评估MMC第k次交流谐波的稳定性，其特征在于，包括：(1)根据所述MMC和换流变压器的基本参数计算所述MMC的第k次交流谐波阻抗矢量Zmmc；(2)在第一直角坐标系下绘制所述矢量Zmmc，并以所述矢量Zmmc的幅值为半径、以所述第一直角坐标系的原点为圆心绘制圆C；根据交流系统第k次背景谐波阻抗的基本参数，在第二直角坐标系中绘制所述矢量Zac末端的变化区域G；(3)若所述变化区域G完全位于所述圆C外，则判定所述MMC第k次交流谐波稳定；否则，判定所述MMC第k次交流谐波不稳定；其中，所述第一直角坐标系和所述第二直角坐标系均用于表示复数矢量；所述第二直角坐标系的原点为所述矢量Zmmc的末端，且实轴和虚轴分别与所述第一直角坐标系的实轴和虚轴平行。2.如权利要求1所述的MMC谐波稳定性评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，用于计算所述矢量Zmmc的阻抗模型为：其中，KT、LT和RT分别为所述换流变压器的变比、漏抗等效电感和损耗等效电阻，Larm和Rarm分别为所述MMC的桥臂电抗器电感值和桥臂等效电阻值，Zsbase为所述MMC的交流阻抗基值，Tm为所述MMC的调制延时，kP和kI分别为所述MMC的内环电流控制的比例环节参数和积分环节参数，ωu和ξu分别为所述MMC的交流电压信号滤波器的截止角频率和阻尼比，ωi和ξi分别为所述MMC的交流电流信号滤波器的截止角频率和阻尼比，s为复频率参变量。3.如权利要求1所述MMC谐波稳定性评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，绘制所述变化区域G，包括：在所述第二直角坐标系中，绘制与实轴垂直且实部数值分别为Re_min和Re_max的直线l1和直线l2，从而得到所述矢量Zac的实部数值变化区域G1；绘制与虚轴垂直且虚部数值分别为Im_min和Im_max的直线l3和直线l4，从而得到所述矢量Zac的虚部数值变化区域G2；绘制以原点为圆心、以Z_abs...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁晓军，白鹏，刘汉军，林卫星，向往，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42