[發明專利]基于奇異攝動的模塊化多電平變流器的建模控制方法

有效

• 申請號: 202010199233.4
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111262466B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 顧晨杰
• 申請（專利權）人: 安可達技術（蘇州）有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 李丹

本發明公開了一種基于奇異攝動的模塊化多電平變流器的建模控制方法，對系統方程依據不同時間尺度，對快慢子系統分別進行分析，并應用線性矩陣以及非線性矩陣進行變量類型轉換，推導出系統符合奇異攝動系統表達式的的方程組，在攝動參數充分小的前提下，對系統進行降階處理，并得出簡化方程并針對其設計模塊化多電平變流器控制器，簡化了控制方程，減小控制器設計的難度和復雜程度，大大的促進大規模電力系統的迅速發展。

技術領域

本發明涉及電力系統變流器技術領域，具體涉及一種基于奇異攝動的模塊化多電平變流器的建模控制方法。

背景技術

隨著大規模電力系統的發展以及國家對新能源電力系統需求的不斷提高，模塊化多電平變流器拓撲被廣泛應用。進而要求對于復雜系統的控制方法以及反饋控制的穩定得尤為重要。

對于一般非線性系統，經典控制方法是基于系統平均方程設計經典電流環電壓環控制器，但對于像模塊化多電平變流器的非線性多時間尺度的復雜系統，其全階模型往往變量較多，針對其動態方程的穩定性和各種動態特性研究計算量較大，往往難以定量分析，更加大了控制器設計的難度和復雜程度，更存在實際電力系統中實施的困難。

因此，如何能夠簡化多電平模塊化變換器的控制系統，便于實際實施，減小控制器設計的難度和復雜程度，是當前急需解決的問題，促進大規模電力系統的迅速發展。

發明內容

本發明的目的是克服現有的大規模電力系統建模方法以及控制器設計復雜的缺點。本發明是基于奇異攝動的模塊化多電平變流器的建模控制方法，對系統方程依據不同時間尺度，對快慢子系統分別進行分析，并應用線性矩陣以及非線性矩陣進行變量類型轉換，推導出系統符合奇異攝動系統表達式的的方程組，在攝動參數充分小的前提下，對系統進行降階處理，并得出簡化方程并針對其設計模塊化多電平變流器控制器，簡化了控制方程，減小控制器設計的難度和復雜程度，大大的促進大規模電力系統的迅速發展。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于奇異攝動的模塊化多電平變流器的建模控制方法，包括以下步驟，

步驟(A)，構建單相模塊化多電平變流器使用的開關函數所表示的時域非線性狀態平均模型；

步驟(B)，根據MMC電路的對稱性，對時域非線性狀態平均模型系統方程進行線性和非線性矩陣計算，分別得到能量慢變子系統和電流快變子系統的方程；

步驟(C)，將能量慢變子系統和電流快變子系統的方程，改寫成非線性奇異攝動系統的表達式，進行新的能量變量定義；

步驟(D)，根據拓撲對稱性列出三相模塊化多電平變流器的系統方程，并將變量轉換到靜止坐標系αβ坐標中，簡化該系統方程的表達式；

步驟(E)，根據非線性奇異攝動系統的不同時間尺度特性，將電流快變子系統的穩態解帶入能量慢變子系統；

步驟(F)，將新的能量慢變子系統的系統狀態變量進行傅里葉展開，并進一步優化單位時間尺度，對新時間尺度下的能量慢變子系統微分方程，求取周期為2π的變量狀態平均；

步驟(G)，將負載等效為三相阻抗性負載，并對其電壓電流方程也進行αβ坐標系轉換，并結合步驟(F)求取的周期為2π的變量狀態平均，完成模塊化多電平變流器的控制器的慢變系統和快變系統控制器的構建。

前述的基于奇異攝動的模塊化多電平變流器的建模控制方法，步驟(A)，構建單相模塊化多電平變流器使用的開關函數所表示的時域非線性狀態平均模型，具體過程為：單相模塊化多電平變流器拓撲上、下橋臂子模塊數量定義為1，半導體開關元器件工作特性由理想開關離散函數表示，上、下橋臂子模塊用理想開關和電容串聯電路表示，其中，子上、下橋臂子模塊電壓由電容C1表示，單橋臂的等效電感用L表示。