MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模块化多电平换流器MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法及装置，基于共模传导电磁干扰的传播特性，结合MMC三相并网逆变系统中各关键部件的高频等效模型，建立了MMC三相并网逆变系统的共模传导高频EMI模型，将基于叠加原理所得到的共模传导EMI频域预测结果与时域仿真波形进行FFT变换后的EMI频谱对比，发现频域仿真结果与时域仿真结果在10kHz～10MHz内很好地吻合，验证了所提出的MMC三相并网逆变系统的共模传导高频EMI模型的正确性。本发明专利技术采用频域预测方法，实现了MMC变换器的共模EMI频谱预测，可以大大缩短MMC变换器的EMI预测时间，有效指导MMC装置的EMI滤波器设计。

Common-mode Conduction EMI Modeling Method and Device for MMC Three-phase Grid-connected Inverter System

【技术实现步骤摘要】
MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法及装置
本专利技术属于电力电子装置EMI预测
，更具体地，涉及一种MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法及装置。
技术介绍
近年来，采用全控型电力电子器件的绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)的柔性直流输电技术由于具有动态响应速度快、可控性良好和运行方式灵活等优点，在远距离输电系统中得到广泛的应用。由于电力电子器件耐压的限制，必须采用多电平变换才能适用于高压大容量的柔性直流输电系统。采用模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter，MMC)将高压分为多个电平分配给各个器件和模块，单个IGBT的电压应力得到了有效的降低。但是，由于MMC中存在大量杂散参数，快速变化的电压、电流在杂散参数的作用下会引起严重的电磁干扰问题，这不仅干扰本系统的控制、驱动等弱电设备的工作，使其自身不能正常工作，而且也会干扰周围其他设备的工作。对电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)进行建模和预测可以有效缩短项目的研发周期，指导系统EMI滤波器的设计，为MMC系统的电磁干扰抑制提供依据。按照预测手段的不同，电磁干扰的建模预测方法可以分为时域建模和频域建模两大类。相较于时域EMI预测方法，频域预测更为简单，同时由于其快速性而在电力电子装置的EMI预测中得到了广泛应用。现有的MMC建模方法是仿照两电平变换器的建模思路，即采用一个集总干扰源对每一相的干扰源进行等效，且将所有IGBT开关器件的结电容和系统其它元件的对地寄生电容等效为一个集总电容，以研究直流侧的电磁干扰。但是，上述建模方法存在以下不足：(1)实际MMC系统的干扰源很多且分布特性复杂。现有方法是每一相只采用一个集总的阶梯波作为干扰源进行高频EMI建模，这种等效方法不够精确；(2)MMC系统中IGBT，子模块电容和限流电抗器的杂散参数分布复杂。现有方法试图用一个集总电容来等效整个系统的杂散参数影响，这种等效方法是不合理的；(3)现有方法考察的是直流侧的干扰，没有关注因开关器件动作，在交流侧所产生的传导干扰，且给出的建模方法没有得到有效验证。对于相单元含有n个子模块的MMC，每一相输出是含有n+1电平的阶梯波。相较于以往的两电平或三电平换流器，MMC的传导EMI建模面临如下难题：(1)MMC包含大量电力电子开关器件，高速通断的电力电子器件是电磁干扰的主要来源。因此，MMC存在着更加复杂的干扰源分布特性。(2)MMC的子模块数量较多，且每个子模块的散热器做了接地处理，因此存在大量的寄生电容，形成了更为复杂的共模EMI传导路径。针对上述问题，因此，需要深入研究MMC的频域EMI建模预测方法，实现MMC的EMI精确预测。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法及装置，由此解决现有EMI建模方法在精确性及有效性上存在一定局限的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法，其中，所述MMC三相并网逆变系统包括模块化多电平变换器MMC，所述MMC中的每个相单元均含有n个子模块，所述方法包括：(1)获取所述MMC三相并网逆变系统中各器件的寄生参数，以建立各器件的高频模型，其中，用RLC电路来等效无源器件的高频模型，对于有源器件IGBT，建立所述有源器件IGBT的三维模型，以得到所述有源器件IGBT的高频模型；(2)基于各器件的高频模型搭建所述MMC三相并网逆变系统，以模拟实际的MMC三相并网逆变系统的运行工况，得到各子模块下开关管的集射极电压；(3)将各所述子模块的下开关管的集射极电压作为所述MMC的共模干扰源，进而对所述MMC的每个相单元使用n个干扰源进行建模；(4)将所述MMC的共模干扰源注入到所述高频模型中，分析单个干扰源的作用后，将各单个干扰源的作用进行叠加，得到所述高频模型的共模干扰。优选地，所述MMC的共模干扰源为：VCM-xk＝V1+V2+V3，其中，其中，x表示a,b,c三相，Sxk(t)为x相第k个子模块的工作状态信息，Lk是第k个子模块的杂散电感，aj和ωj分别代表第j次振荡的阻尼系数和振铃频率，ti0和tj0分别代表第i次电压转换和第j次振铃效应的起始时间，V1表示理想方波的数学模型，V2和V3分别表示了开关器件的动态开关特性和开关振铃信息，UC为子模块的直流电容电压值，VCM-xk表示x相第k个子模块的共模干扰源，n表示一个相单元含有的子模块数，Vce表示子模块的下开关管的集射极电压，ε(t)表示单位阶跃函数，m表示系统中产生振荡的总次数，ic表示集电极电流，表示第j次振荡时具有最大电流变化率。优选地，步骤(2)包括：在频域下，分别对每一相的干扰源用单位干扰源代替，研究某一个单位干扰源的作用效果时，其它单位干扰源均做短路处理，进行扫频，得到该单位干扰源在线路阻抗稳定网络LISN上的作用效果，将各单位干扰源进行叠加得到总共模干扰。优选地，由得到所述总共模干扰，其中，Vxk(s)表示x相第k个子模块的干扰源的频域形式，Zxk(s)表示x相第k个子模块在LISN上的作用效果n表示一个相单元含有的子模块数。按照本专利技术的另一方面，提供了一种应用于MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模装置，其中，所述MMC三相并网逆变系统包括模块化多电平变换器MMC，所述MMC中的每个相单元均含有n个子模块，所述装置包括：高频模型构建模块，用于获取所述MMC三相并网逆变系统中各器件的寄生参数，以建立各器件的高频模型，其中，用RLC电路来等效无源器件的高频模型，对于有源器件IGBT，建立所述有源器件IGBT的三维模型，以得到所述有源器件IGBT的高频模型；逆变系统模型模块，用于基于各器件的高频模型搭建所述MMC三相并网逆变系统，以模拟实际的MMC三相并网逆变系统的运行工况，得到各子模块下开关管的集射极电压；干扰源确定模块，用于将各所述子模块的下开关管的集射极电压作为所述MMC的共模干扰源，进而对所述MMC的每个相单元使用n个干扰源进行建模；共模干扰确定模块，用于将所述MMC的共模干扰源注入到所述高频模型中，分析单个干扰源的作用后，将各单个干扰源的作用进行叠加，得到所述高频模型的共模干扰。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：采用多个干扰源建模方式，考虑系统中各器件的杂散参数，建立系统频域等效模型，极大地提高了频域EMI预测精度；采用频域预测方法，相较于时域预测，可以极大地提高预测速度，可以分别地研究系统的传导干扰，简化了系统EMI问题的分析，同时也更便于EMI滤波器的设计；有助于更好地理解其它含多开关管电力电子设备EMI建模问题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种方法流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种MMC三相并网逆变系统拓扑示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种MMC三相并网逆变系统的调制策略流程图；图4是本专利技术实施例提供的一种子模块电容、限流电抗器和线路考虑电流的趋肤效应的高频模型；图5是本专利技术实施例提供的一种现有频域建模模型图；图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法，其中，所述MMC三相并网逆变系统包括模块化多电平变换器MMC，所述MMC中的每个相单元均含有n个子模块，其特征在于，所述方法包括：(1)获取所述MMC三相并网逆变系统中各器件的寄生参数，以建立各器件的高频模型，其中，用RLC电路来等效无源器件的高频模型，对于有源器件IGBT，建立所述有源器件IGBT的三维模型，以得到所述有源器件IGBT的高频模型；(2)基于各器件的高频模型搭建所述MMC三相并网逆变系统，以模拟实际的MMC三相并网逆变系统的运行工况，得到各子模块下开关管的集射极电压；(3)将各所述子模块的下开关管的集射极电压作为所述MMC的共模干扰源，进而对所述MMC的每个相单元使用n个干扰源进行建模；(4)将所述MMC的共模干扰源注入到所述高频模型中，分析单个干扰源的作用后，将各单个干扰源的作用进行叠加，得到所述高频模型的共模干扰。

【技术特征摘要】
1.一种MMC三相并网逆变系统的共模传导EMI建模方法，其中，所述MMC三相并网逆变系统包括模块化多电平变换器MMC，所述MMC中的每个相单元均含有n个子模块，其特征在于，所述方法包括：(1)获取所述MMC三相并网逆变系统中各器件的寄生参数，以建立各器件的高频模型，其中，用RLC电路来等效无源器件的高频模型，对于有源器件IGBT，建立所述有源器件IGBT的三维模型，以得到所述有源器件IGBT的高频模型；(2)基于各器件的高频模型搭建所述MMC三相并网逆变系统，以模拟实际的MMC三相并网逆变系统的运行工况，得到各子模块下开关管的集射极电压；(3)将各所述子模块的下开关管的集射极电压作为所述MMC的共模干扰源，进而对所述MMC的每个相单元使用n个干扰源进行建模；(4)将所述MMC的共模干扰源注入到所述高频模型中，分析单个干扰源的作用后，将各单个干扰源的作用进行叠加，得到所述高频模型的共模干扰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MMC的共模干扰源为：VCM-xk＝V1+V2+V3，其中，其中，x表示a，b，c三相，Sxk(t)为x相第k个子模块的工作状态信息，Lk是第k个子模块的杂散电感，aj和ωj分别代表第j次振荡的阻尼系数和振铃频率，ti0和tj0分别代表第i次电压转换和第j次振铃效应的起始时间，V1表示理想方波的数学模型，V2和V3分别表示了开关器件的动态开关特性和开关振铃信息，UC为子模块的直流电容电压值，VCM-xk表示x相第k个子模块的共模干扰源，n表示一个相单元含有的子模块数，Vce表示子模块的下开关管的集射极电压，ε(t)表示单位阶跃函数，m表示系统中产生振荡的总次数，ic表...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴雪军，王美娟，向洋霄，孙涛，蒋栋，李桥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42