一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MMC‑HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，将平均值模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，将变换后的平均值模型线性化，得到MMC模块小信号模型。本发明专利技术的模型计及了模块的自身损耗，能较好地反应基于MMC拓扑结构的换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应，同时计算量较小，仿真效率高，适用于不需要观测MMC内部动态特性的全系统小扰动稳定性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法
本专利技术属于柔性直流输电领域，特别涉及一种MMC-HVDC(基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统)输电系统MMC模块小信号建模方法。
技术介绍
柔性直流输电(voltagesourceconverterbasedhigh-voltagedc，VSC-HVDC)技术作为新一代直流输电技术，相较于传统直流输电技术，具有控制灵活、功率因数高等优良特性。包括柔性直流输电在内的电力系统随时都受到小扰动，例如负荷波动和网络参数缓变。所以一个良好的电力系统，必须要是小干扰稳定的，否则系统即便在稳定情况下也无法正常运行。柔性直流输电工程采用的电压源换流器(VSC)主要有三种形式：两电平换流器、二极管箝位型三电平换流器和模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)。相较于两电平和三电平拓扑结构，MMC拓扑结构因具有损耗低、波形质量高、故障处理能力强等优点而被广泛采纳。但是MMC拓扑结构十分复杂，在对MMC-HVDC输电网络进行小信号建模时大部分技术将MMC模块直接忽略，实际上MMC模块的自身损耗会通过影响换流器直流侧有功输出而影响系统的动态特性。鉴于此，有必要对双端MMC-HVDC系统MMC小信号建模。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，将平均值模型(averagevaluemodelsbasedonswitchingfunctions，AVM)从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，运用于MMC的小信号建模，在考虑MMC模块外特性的基础上计及了MMC模块的自身损耗，能较好地反应换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，包括以下步骤：步骤1：将平均值模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，具体为：根据MMC的拓扑结构，计及换流器的功率损耗Ploss，MMC直流侧和交流侧的有功功率之间的关系式为Pac＝Pdc+Ploss式中，Pac为MMC交流侧有功功率，Pdc为MMC直流侧有功功率，Vdc、Idc分别为直流电压和直流电流，ej(j＝a,b,c)是由内环控制器产生的j相交流端口对中性点的电压指令值；式通过派克变换改写为电流损耗Iloss为：式中，Ic为包含换流器损耗的等值直流电流，由式求得；R为MMC换流器开关与阻性损耗的等值电阻，按照稳态时换流器的有功功率损耗为1％的比例进行计算；isd和isq分别为公共耦合点PCC处电流的d轴分量和q轴分量，ucd和ucq换流器交流侧输出电压的d轴分量和q轴分量；换流器输出直流电流为Idc＝Ic-Iloss步骤2：将变换后的平均值模型线性化，得到MMC模块小信号模型，具体为：将式泰勒级数展开并线性化得：且ΔIdc＝ΔIc-ΔIloss。根据上述方案，还包括步骤3：MMC小信号模型通过损耗电流的方式引入换流器直流侧输出直流电压的小信号模型，具体为：换流器直流侧功率方程为式中，下角标i取1时为整流侧，取2时为逆变侧，Ce为整个MMC模块的等效电容；将式整理线性化得：与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：运用变换后的AVM模型对MMC模块进行小信号建模，引入损耗电流，计及了MMC模块的自身损耗，能较好地反应基于MMC拓扑结构的换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应，同时计算量较小，仿真效率高，适用于不需要观测MMC内部动态特性的全系统小扰动稳定性分析。附图说明图1是两端柔性直流网路拓扑结构。图2是MMC拓扑结构图。图3是MMC模块直流侧等效受控源示意图。图4是两端柔性直流网络测试系统结构图。图5是电磁暂态模型与小信号模型仿真小扰动波形对比(换流站1交流侧电流d轴分量)。图6是电磁暂态模型与小信号模型仿真小扰动波形对比(换流站1交流侧电流q轴分量)。图7是电磁暂态模型与小信号模型仿真小扰动波形对比(换流站2交流侧电流d轴分量)。图8是电磁暂态模型与小信号模型仿真小扰动波形对比(换流站2交流侧电流q轴分量)。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。采用如图1所示的两端MMC-HVDC直流输电系统。图1中左侧为整流侧，其网络参数下标为1，右侧为逆变侧，其网络参数下标为2，电流流向以图中箭头所示方向为正方向。为换流器所连接交流有源网络的等效电压源，Rn+jXn为该有源网络的等效阻抗，为公共耦合点PCC处的电压，换流变压器为Y-Δ连接方式，Rf和Lf分别为换流变压器和电抗器的等效电阻和电抗，为换流器的交流侧输出电压，直流线路采用π型等效，为换流器的直流侧输出电压；i12为直流线路电流；R12和L12为直流线路的等值电阻和电抗；C为直流网络的π型等效电容和MMC模块等效电容的合并电容。换流器MMC模块的小信号建模在研究整个电力系统的稳定和控制器的设计时，不需要分析换流器内部动态特性，只需考虑MMC模块对于换流器所连交、直流网络的外特性，从而不需要对MMC模块的内部进行详细建模。本专利技术采用AVM受控源等效模型，能准确反应小扰动情况下MMC模块与换流器交流侧和直流侧之间的动态响应。MMC的拓扑结构如图2所示，计及换流器的功率损耗Ploss，MMC直流侧和交流侧的有功功率之间的关系式为Pac＝Pdc+Ploss(4)式中，Pac为MMC交流侧有功功率，Pdc为MMC直流侧有功功率，Vdc，Idc分别为直流电压和直流电流，ej(j＝a,b,c)是由内环控制器产生的j相交流端口对中性点的电压指令值。式(5)通过派克变换改写为电流损耗Iloss为：式中，Ic为包含换流器损耗的等值直流电流，由式(8)求得；R为MMC换流器开关与阻性损耗的等值电阻，按照稳态时换流器的有功功率损耗为1％的比例来进行计算。isd和isq分别为公共耦合点PCC处电流的d轴分量和q轴分量，ucd和ucq换流器交流侧输出电压的d轴分量和q轴分量。换流器输出直流电流为Idc＝Ic-Iloss(9)将式(7)泰勒级数展开并线性化得：ΔIdc＝ΔIc-ΔIloss(11)由式(6)～(9)得MMC模块的受控电流源等效模型如图3所示。换流器直流侧功率方程为式中，下角标i取1时为整流侧，取2时为逆变侧，Ce为整个MMC模块的等效电容。将式(11)整理线性化得将本专利技术的MMC模块小信号模型与已有的交流网络、控制器和直流线路的小信号模型联立，得整个交直流混联系统的小信号模型。为验证本专利技术所提出换流器MMC模块的小信号建模的有效性，搭建如图4所示两端柔性直流输电网络系统拓扑：其潮流参考方向如图中绿色箭头所示。Ba-A1和Ba-A2分别为两条交流母线，Bb-A1和Bb-A2分别为两条直流母线。按照本专利技术的小信号建模方式在Matlab中建小信号模型，输电网络的参数如表1所示。表1输电网络参数表通过换流器MMC模块的小信号建模后，对系统进行数字仿真。数字仿真的扰动方式为：在4s时，于交流网络2的外环有功功率指令值设置-30kW的小扰动，使得有功功率指令由-900kW突变为-930kW，持续0.5s。小信号模型1忽略了MMC模块，其交、直流网络以及双闭环控制器小信号模型同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC‑HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将平均值模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，具体为：根据MMC的拓扑结构，计及换流器的功率损耗Ploss，MMC直流侧和交流侧的有功功率之间的关系式为Pac＝Pdc+Ploss

【技术特征摘要】
1.一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将平均值模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，具体为：根据MMC的拓扑结构，计及换流器的功率损耗Ploss，MMC直流侧和交流侧的有功功率之间的关系式为Pac＝Pdc+Ploss式中，Pac为MMC交流侧有功功率，Pdc为MMC直流侧有功功率，Vdc、Idc分别为直流电压和直流电流，ej(j＝a,b,c)是由内环控制器产生的j相交流端口对中性点的电压指令值；式通过派克变换改写为电流损耗Iloss为：式中，Ic为包含换流器损耗的等值直流电流，由式求得；R为MMC换流器开关与阻性损耗的等值电阻，按照稳态时换流器的有功功率损耗为1％的比例进行计算；isd和isq分别为公共耦合点PCC处电流的d轴分量和q轴分量，ucd和ucq换流器交流侧输出电压的d轴分量和q轴分量；换流器输出直流电流为Idc＝Ic-Iloss步骤2：将变换后的平均值模型线性化，得到MMC模块小信号模型，具体为：将式泰勒级数展开并线性化得：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天琪，喻悦箫，曾雪洋，王顺亮，彭乔，王峰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51