一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法技术

本发明专利技术属于直流输电技术领域，具体地说，是一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，包括子模块开关模型与环流计算模型的建立，以及环流计算的详细过程，运用电路理论对环流模型列写模块化多电平变换器各电气量的电压电流方程。通过分析模块化多电平变换器桥臂环流所满足的一阶微分方程，求解出桥臂环流的具体数学表达式，本发明专利技术详细推导了二倍频环流的计算，最终给出了具体的计算公式，同时避免了只考虑直流分量作为环流的计算结果，提高了环流计算的准确度。

A method for calculating the circulating current of an arbitrary level modular multilevel converter

The invention belongs to the technical field of HVDC transmission, in particular, is an arbitrary level circulation calculation method of modular multilevel converter, including the establishment of model and calculation model of the circulation sub module switch, and the detailed process of circulation calculation, using the circuit theory column voltage current equation written in modular multilevel converter electrical quantity the circulation model. The first-order differential equation through the analysis of modular multilevel converter bridge arm circulation satisfied, calculate the specific mathematical expressions of bridge arm circulation, the invention was used to deduce the two octave circulation, finally the corresponding formulas are given, at the same time avoid considering only the DC component as the result of circulation, improve the accuracy of the calculation of circulation.

【技术实现步骤摘要】
一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法
本专利技术属于直流输电
，具体地说，是一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法。
技术介绍
模块化多电平变换器(MMC)自2002年第一次提出后就引起世界各国学者的广泛关注，相比于传统的多电平变换器，模块化多电平变换器凭借高度模块化的设计使其具有良好的电压扩展能力与功率扩展能力且输出电压波形质量好，但模块化多电平变换器最大的优势还在于它具有公共直流母线，从而使三相桥臂之间能够进行能量交换，有利于三相平衡控制。模块化多电平变换器的能量是分散存储在各个子模块(SM)电容中，理论上每个子模块参数是完全相同的，但实际由于电容参数的微小差异、子模块投入时间不同以及器件损耗等问题，造成模块化多电平变换器能量分配不均衡，而由于三相桥臂并联在直流侧的结构特性，从而会导致桥臂间产生环流。目前针对桥臂间环流的分析计算，均考虑从模块化多电平变换器上下桥臂电流而间接的给出环流，并未详细地推导环流的具体表达式；或者只考虑公共直流侧在每相桥臂上所产生的直流分量，粗略的认为环流为直流侧电流的三分之一，但由于子模块直流侧电容与交流输出侧存在较复杂的耦合关系，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、建立模块化多电平变换器各子模块的等效计算模型：从每相桥臂子模块投入切除的工作原理着手分析，研究子模块的开关模型，并建立子模块的等效计算模型；步骤二、建立模块化多电平变换器环流计算模型：利用步骤1的结论并结合模块化多电平变换器子模块级联的结构特性，将每相桥臂总的等效成N个子模块的数学模型，同时将桥臂环流考虑在内，建立环流计算的模型；步骤三、以桥臂环流作为未知量，运用电路理论中的基尔霍夫定律对模块化多电平变换器各电气量列写电压电流方程，其中，模块化多电平变换器各电气量包括：模块化多电平变换器每相上下桥臂电流，上下桥...

【技术特征摘要】
1.一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、建立模块化多电平变换器各子模块的等效计算模型：从每相桥臂子模块投入切除的工作原理着手分析，研究子模块的开关模型，并建立子模块的等效计算模型；步骤二、建立模块化多电平变换器环流计算模型：利用步骤1的结论并结合模块化多电平变换器子模块级联的结构特性，将每相桥臂总的等效成N个子模块的数学模型，同时将桥臂环流考虑在内，建立环流计算的模型；步骤三、以桥臂环流作为未知量，运用电路理论中的基尔霍夫定律对模块化多电平变换器各电气量列写电压电流方程，其中，模块化多电平变换器各电气量包括：模块化多电平变换器每相上下桥臂电流，上下桥臂电压，交流输出侧的电流，交流输出侧电压，直流侧电压，建立桥臂环流与模块化多电平变换器各电气量之间所满足的一阶微分方程关系；步骤四、求解桥臂环流的一阶微分方程：考虑桥臂环流的交流分量，根据子模块的开关函数解决模块化多电平变换器子模块直流侧电容与其交流输出端口的耦合关系，从而计算出上、下桥臂子模块的电容电流，根据所得的电容电流求解出上、下桥臂子模块的电容电压，再次利用子模块的开关状态，将直流侧的电容电压耦合至交流侧，求解出模块化多电平变换器每相上、下桥臂电压，将上下桥臂电压代入环流的一阶微分方程中，求解一阶微分方程的解，即环流的具体表达式。2.根据权利要求1所述的任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，其特征在于，所述步骤一中模块化多电平变换器三相桥臂并联在直流电压两端，每相桥臂分为上桥臂和下桥臂，上下桥臂又分别由N个相同的子模块、一个桥臂电阻和一个桥臂电抗器串联构成，子模块包括由两个IGBT开关管串联组成的半桥和一个直流储能电容并联，每相上下桥臂通过交流母线连接至三相交流电网；IGBT半桥支路是由上管S1和下管S2串联构成，并与直流储能电容并联，子模块投切的工作原理是当上管S1开通下管S2关断时子模块处于投入状态，而当上管S1关断下管S2开通时子模块处于切除状态，定义子模块的开关函数如下：当上管S1开通下管S2关断时子模块的开关函数输出1，交流侧输出电压为Vcn；而当上管S1关断下管S2开通时子模块的开关函数输出0，因此每相桥臂第n个子模块的交流端口的输出电压表示如下：Vsm_n＝SnVcn(2)由表达式(2)可以得出子模块的开关模型，子模块交流侧的输出电压相当于一个受控电压源，根据IGBT上、下开关管的开关状态确定输出的电容电压，得出其等效计算模型。3.根据权利要求2所述的任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，其特征在于，所述步骤中，定义第n个子模块上桥臂的开关状态为Scu_n，下桥臂的开关状态为Scl_n，第n个上桥臂子模块的端口电压为Vcu_n、下桥臂子模块的端口电压为Vcl_n，根据等效计算模型，用开关函数替代子模块的功率开关，则子模块端口电压可表示为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉坤，朱泱，张亮，孟高军，水恒华，袁宇波，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32