基于虛擬電位法的mmc數(shù)學(xué)模型分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué)模型分析方法，屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行與 控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的柔性直流輸電工程大多采用兩電平或三電平的VSC，開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)會(huì)導(dǎo) 致器件的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。MMC通過(guò)子模塊電壓疊加達(dá)到較高的電 壓輸出，具有模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、易于擴(kuò)展、開(kāi)關(guān)損耗低、輸出電壓諧波含量小等優(yōu)點(diǎn)，大大提 高系統(tǒng)的冗余度和可靠性。作為應(yīng)用于柔性直流輸電領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，有其獨(dú)特的優(yōu) 勢(shì)，但國(guó)內(nèi)外對(duì)于MMC的研究時(shí)間還較短，實(shí)際工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也較少，因而對(duì)于進(jìn)行系統(tǒng) 建模和控制策略方面的研究具有十分重要的意義。
[0003] 目前MMC數(shù)學(xué)模型是在列寫(xiě)MMC相單元KCL和KVL方程的基礎(chǔ)上，通過(guò)定義復(fù)雜 物理量，簡(jiǎn)化KVL方程，建立MMC數(shù)學(xué)模型。但在定義復(fù)雜物理量時(shí)，對(duì)其過(guò)程和物理意義 的分析比較少或是不直觀，對(duì)于理解MMC運(yùn)行特性有很大障礙。本發(fā)明中將虛擬電位法應(yīng) 用于MMC數(shù)學(xué)模型分析，能夠直觀解釋所定義物理量的意義以及其對(duì)MMC運(yùn)行特性的影響， 對(duì)掌握MMC數(shù)學(xué)模型有重要意義，有助于理解MMC運(yùn)行特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué) 模型分析方法，用于理解和建立MMC數(shù)學(xué)模型，同時(shí)為MMC的建模仿真提供基礎(chǔ)。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué)模型分析方法，其特征在 于，包括如下步驟：
[0006] 步驟SSl根據(jù)MMC等效電路，列寫(xiě)MMC相單元KCL和KVL方程；
[0007] 步驟SS2定義虛擬電位零點(diǎn)，然后利用虛擬電位法確定電氣量，并確定電氣量物 理含義；
[0008] 步驟SS3通過(guò)將步驟SS2中的電氣量作為基底，代入MMC的KCL、KVL方程，確定 MMC數(shù)學(xué)模型，并利用所述步驟SS2所確定的電氣量物理含義描述MMC運(yùn)行控制特性。
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟SSl具體包括：利用KVL和KCL定律列解電氣量關(guān)系方程：
[0012] 節(jié)點(diǎn)電流方程：iv.j= i w-in.j (3)
[0013] (I)、⑵相加減，則有：
[0014] Udc-(unj+upj) = R0(inj+ipj)+Ld(inj+i pj)/dt (4)
[0015] (Un -Upj) -2uvj = R 〇 (ip-inj) +Ld (ip-inj) /dt (5)
[0016] 其中，換流器交流輸出側(cè)的相電壓、線電流分別為(j = a，b，c)，腳標(biāo)p、n分 別表示上下橋臂，所述上下橋臂的電壓矢量可用6個(gè)受控電壓源up]、u n](j = a，b，c)等效， 相應(yīng)橋臂電流為iw、i#L。為橋臂串聯(lián)電抗的電感值，電阻R。用來(lái)等效橋臂的損耗，直流電 壓為 ±Udc/2。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟SS2具體包括：設(shè)MMC正負(fù)極直流線路A、B點(diǎn)的電壓幅值相等而 且反向，虛擬電位零點(diǎn)為u w，向量lp、In分別表示上、下橋臂電壓，向量長(zhǎng)度與電壓幅值成正 比，虛擬電位零點(diǎn)U w位于上、下橋臂電壓向量之和中點(diǎn)。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟SS2具體還包括：設(shè)相單元第j相不平衡電壓設(shè)為ucir j，相單 元內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)則：
[0019] 2ucir j= U dc-(un j+up j) (6)
[0020] 2e.j= u n.廠uw (7)
[0021] 以向量lp、ln、Id。分別表示上、下橋臂電壓和直流側(cè)電壓，向量長(zhǎng)度與電壓幅值成 正比；將U tlilj與虛擬點(diǎn)位零點(diǎn)u 作比較，向量疊加可得其電壓矢量；
[0022] Icirj= I dc/2-(lnj+lpj)/2 (8)利用虛擬電位法，經(jīng)過(guò)lp、In疊加可合成u。、士對(duì) 應(yīng)的向量1。、易得：
[0023] Iej= (I n_lp)/2 = ln_(lp+ln)/2 (9)
[0024] 1!_是由于上下橋臂的電壓之和與直流電壓不相等而引起的，e ,是由于相單元上 下橋臂電壓不平衡而產(chǎn)生的。
[0025] 優(yōu)選地，所述步驟SS3具體包括：將式（3)、式（7)帶入式（4)，可得：
[0026] Uvj= e -R〇ivj/2-Ldivj/2dt (10)
[0027] 式（10)描述了換流器外部的動(dòng)態(tài)特性，給出了 MMC通過(guò)改變上、下橋臂串聯(lián)子模 塊組的輸出電壓來(lái)調(diào)節(jié)MMC外部輸入電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式；
[0028] 將式（6)代入式（5)，有：
[0029] Ucirj=R0icirj+L0dicirjdt (11)
[0030] icirj= (inj+iPJ)/2 (12)
[0031] 式中為同時(shí)流過(guò)上、下橋臂的換流器內(nèi)部電流，稱(chēng)為第j相不平衡電流；式 (10)和式（11)即為MMC的數(shù)學(xué)模型，兩方程分別描述了 MMC的外部和內(nèi)部動(dòng)態(tài)特性。
[0032] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明通過(guò)定義了 MMC虛擬電位零點(diǎn)，利用虛擬零點(diǎn) 定義和理解相關(guān)電氣量，用于簡(jiǎn)化MMC的KVL方程，建立和描述MMC數(shù)學(xué)模型；同時(shí)能夠直 觀解釋所定義相關(guān)電氣量的意義以及其對(duì)MMC運(yùn)行特性的影響，從而清晰描述MMC數(shù)學(xué)模 型，對(duì)理解MMC運(yùn)行特性具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的MMC的工作原理圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明的MMC的等效電路圖。
[0035] 圖3是本發(fā)明的虛擬電位零點(diǎn)的示意圖。
[0036] 圖4是本發(fā)明的Um j的虛擬電位圖。
[0037] 圖5是本發(fā)明的ej虛擬電位圖。
[0038] 圖6是本發(fā)明的MMC交流側(cè)簡(jiǎn)化等值電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0040] 本發(fā)明提出一種基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué)模型分析方法，其特征在于，包括如 下3個(gè)步驟。
[0041] 步驟SSl根據(jù)MMC等效電路，列寫(xiě)MMC相單元KCL和KVL方程，圖2是本發(fā)明的 MMC的等效電路圖；具體包括：利用KVL和KCL定律列解電氣量關(guān)系方程：
[0044] 節(jié)點(diǎn)電流方程：iv.j= i w_in.j (3)
[0045] (I)、⑵相加減，則有：
[0046] Udc-(unj+upj) = R0(inj+ipj)+Ld(inj+i pj)/dt (4)
[0047] (Un -Upj) -2uvj = R 〇 (ip-inj) +Ld (ip-inj) /dt (5)
[0048] 其中，圖I是本發(fā)明的MMC的工作原理圖，圖中v點(diǎn)代表?yè)Q流器交流輸出側(cè)的相電 壓、線電流分別為u v_j、iv_j (j = a，b，c)，腳標(biāo)p、n分別表示上下橋臂，所述上下橋臂的電壓 矢量可用6個(gè)受控電壓源uw、un_j(j = a，b，c)等效，相應(yīng)橋臂電流為!^、!^，!^為橋臂串聯(lián) 電抗的電感值，電阻Rc用來(lái)等效橋臂的損耗，直流電壓為±u dy2。
[0049] 步驟SS2定義虛擬點(diǎn)位零點(diǎn)，然后利用虛擬電位法確定電氣量，并確定電氣量物 理含義；具體包括：設(shè)MMC正負(fù)極直流線路A、B點(diǎn)的電壓幅值相等而且反向，虛擬電位零點(diǎn) 為u 0]，向量1P、U^IJ