[發明專利]混合型MMC狀態空間模型的混合型MMC小信號模型的建模方法

有效

• 申請號: 201811273807.7
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109446653B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 魯曉軍;向往;倪斌業;文勁宇;饒宏;許樹楷;朱喆;黃潤鴻
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02J3/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種混合型MMC狀態空間模型、穩態解析模型和小信號模型的建模方法，屬于電力系統輸配電技術領域。狀態空間模型包括：推導各相上、下橋臂調制信號和輸出電壓參考值，以獲得靜止坐標系下的電路動態模型，并通過坐標變化得到混合型MMC在旋轉坐標系下的動態相量模型。穩態解析模型包括：基于狀態空間模型，推導穩態解析模型，并分析多種約束條件下穩態解析模型的求解方法。小信號模型包括：推導橋臂子模塊電容總電壓和橋臂環流的小信號模型，整合得到開環控制的小信號模型，并在考慮控制系統的基礎上，推導閉環控制的小信號模型。本發明適用于交流系統和直流網絡聯合建模，以及混合型MMC的工程設計和運行特性分析。

技術領域

本發明屬于電力系統輸配電技術，更具體地，涉及一種基于混合型MMC狀態空間模型的混合型MMC小信號模型的建模方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter，MMC)具有模塊化結構、易于拓展等優點，在柔性直流輸電領域得到了廣泛的應用。在各類MMC拓撲中，基于半橋型子模塊(Half bridge sub-module，HBSM)和全橋型子模塊(Full bridge sub-module，FBSM)的混合型MMC具備交直流解耦控制能力，能不閉鎖穿越直流故障，在架空線柔性直流輸電領域具有廣闊的應用前景。

目前，對于混合型MMC模型的研究大多針對的子模塊比例設計、橋臂子模塊能量均衡控制和直流故障穿越控制等方面展開研究，鮮有涉及混合型MMC的解析建模。在混合型MMC子模塊比例設計方面，有人根據最大調制比和直流故障期間無功功率控制需求，提出了確定混合型MMC橋臂子模塊最小數量和FBSM的最小數量的方法。在混合型MMC運行控制方面，有人針對整流站采用LCC，逆變站采用混合型MMC的混合直流輸電系統，分析了FBSM的選取原則，并通過控制直流電流實現直流故障穿越。

而現有關于MMC的解析建模與穩態特性研究，大多以橋臂全部采用HBSM的半橋型MMC為研究對象。而混合型MMC在橋臂中引入了可輸出負電平的FBSM，其拓撲構成與半橋型MMC有較大差別；混合型MMC在橋臂調制信號中引入了直流調制比，可運行于低直流電壓甚至負直流電壓。低直流電壓下運行時，還需要避免單向橋臂電流導致半橋子模塊無法正常均壓。因此混合型MMC的調制和控制策略均與半橋型MMC有很大不同，無法將半橋型MMC的解析模型直接應用于混合型MMC，有必要對混合型MMC解析模型與運行特性進行研究。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于混合型MMC狀態空間模型的混合型MMC小信號模型的建模方法，其目的在于提出了一種考慮混合型MMC內部電氣動態和調制信號的狀態空間模型，并基于狀態空間模型推導了混合型MMC的穩態解析模型和小信號模型，為定量研究換流器運行特性、換流站主回路參數設計和主回路狀態計算等方面提供了理論基礎。

為實現上述目的，本發明提供了一種混合型MMC狀態空間模型的建模方法，所述方法具體包括以下步驟：

(1)根據混合型MMC的基本控制原理推導各相上/下橋臂調制信號和輸出電壓參考值的表達式；

(2)根據半橋型MMC動態模型推導靜止坐標系下混合型MMC的單相電路動態模型；

(3)對步驟(2)得到靜止坐標系下的動態模型進行派克變換，得到混合型MMC在旋轉坐標系下的動態相量模型。

進一步地，所述步驟(1)具體包括：

(11)混合型MMC的上/下橋臂的調制信號m_p和m_n可以表示為：

其中，m_dc表示直流調制信號，m表示基頻交流調制信號，m_diff表示二倍頻交流調制信號；