[發明專利]一種MMC-HVDC輸電系統MMC模塊小信號建模方法

有效

• 申請號: 201710323657.5
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107104431B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 劉天琪;喻悅簫;曾雪洋;王順亮;彭喬;王峰
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/36
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張輝

本發明公開了一種MMC?HVDC輸電系統MMC模塊小信號建模方法，將平均值模型從三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系，將變換后的平均值模型線性化，得到MMC模塊小信號模型。本發明的模型計及了模塊的自身損耗，能較好地反應基于MMC拓撲結構的換流器外特性對所連交、直流網絡的動態響應，同時計算量較小，仿真效率高，適用于不需要觀測MMC內部動態特性的全系統小擾動穩定性分析。

技術領域

本發明屬于柔性直流輸電領域，特別涉及一種MMC-HVDC(基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電系統)輸電系統MMC模塊小信號建模方法。

背景技術

柔性直流輸電(voltage source converter based high-voltage dc，VSC-HVDC)技術作為新一代直流輸電技術，相較于傳統直流輸電技術，具有控制靈活、功率因數高等優良特性。包括柔性直流輸電在內的電力系統隨時都受到小擾動，例如負荷波動和網絡參數緩變。所以一個良好的電力系統，必須要是小干擾穩定的，否則系統即便在穩定情況下也無法正常運行。

柔性直流輸電工程采用的電壓源換流器(VSC)主要有三種形式：兩電平換流器、二極管箝位型三電平換流器和模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)。相較于兩電平和三電平拓撲結構，MMC拓撲結構因具有損耗低、波形質量高、故障處理能力強等優點而被廣泛采納。但是MMC拓撲結構十分復雜，在對MMC-HVDC輸電網絡進行小信號建模時大部分技術將MMC模塊直接忽略，實際上MMC模塊的自身損耗會通過影響換流器直流側有功輸出而影響系統的動態特性。鑒于此，有必要對雙端MMC-HVDC系統MMC小信號建模。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種MMC-HVDC輸電系統MMC模塊小信號建模方法，將平均值模型(average value models based on switching functions，AVM)從三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系，運用于MMC的小信號建模，在考慮MMC模塊外特性的基礎上計及了MMC模塊的自身損耗，能較好地反應換流器外特性對所連交、直流網絡的動態響應。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種MMC-HVDC輸電系統MMC模塊小信號建模方法，包括以下步驟：

步驟1：將平均值模型從三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系，具體為：

根據MMC的拓撲結構，計及換流器的功率損耗P_loss，MMC直流側和交流側的有功功率之間的關系式為

P_ac＝P_dc+P_loss

式中，P_ac為MMC交流側有功功率，P_dc為MMC直流側有功功率，V_dc、I_dc分別為直流電壓和直流電流，e_j(j＝a,b,c)是由內環控制器產生的j相交流端口對中性點的電壓指令值；

式通過派克變換改寫為

電流損耗I_loss為：

式中，I_c為包含換流器損耗的等值直流電流，由式求得；

R為MMC換流器開關與阻性損耗的等值電阻，按照穩態時換流器的有功功率損耗為1％的比例進行計算；i_sd和i_sq分別為公共耦合點PCC處電流的d軸分量和q軸分量，u_cd和u_cq換流器交流側輸出電壓的d軸分量和q軸分量；