一种并网MMC的交流输入功率特性的分析方法技术

本发明专利技术提供一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法。提出了分别分析输入有功功率和输入无功功率的思路。然后先考虑输入有功功率，通过等式条件约束条件，得出了输入有功功率与输出功率相同的结论，验证了能量守恒原理。接着通过等式约束条件的进一步化简，得到了控制有功功率变化范围的变量以及相关函数关系式。然后列出了无功功率的调节范围，分析得出其调节范围与等效直流负载大小有关的结论。同时，在负载较大与负载较小的情况下，分别分析了系统功率因素情况以及系统的输入控制特性。本发明专利技术的应用使得分析并网MMC静态特性中的交流输入功率控制特性更加容易，减少了计算与分析难度，同时也方便了并网MMC控制策略的研究。

An analytical method for the AC input power characteristics of a grid connected MMC

The present invention provides an AC input power control characteristic analysis method for grid connected MMC. The idea of analyzing input active power and input reactive power is put forward respectively. Then, considering the input active power, we get the conclusion that the input active power is the same as the output power through equality condition constraints, and verify the principle of energy conservation. Then, by further simplifying the equality constraint conditions, the variables of controlling the range of active power and the relation of the correlation function are obtained. Then the adjustment range of reactive power is listed, and the conclusion that the adjustment range is related to the size of the equivalent DC load is analyzed. At the same time, the power factors of the system and the input control characteristics of the system are analyzed in the case of large load and less load. The application of this method makes it easier to analyze the AC input power control characteristics in the static characteristics of the grid connected MMC, reduce the difficulty of calculation and analysis, and facilitate the research of MMC control strategy for grid connected.

【技术实现步骤摘要】
一种并网MMC的交流输入功率特性的分析方法
本专利技术涉及电力电子领域，涉及一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法。
技术介绍
典型的MMC并网拓扑结构图如图1所示，图中，vsu，vsv，vsw为电网三相电压源，Rs和Ls分别为线路电阻和电感，两个桥臂电感电感并联等效成Lac串在交流侧，该电感在MMC并网时，可以用于调控电网流入MMC的电流，如果Lac不足以达到调控的目标，则在交流侧需要串联电感Ls，用于补偿Lac的不足。直流侧，电压源vd、电感LL和电阻RL组成了有源直流负载网络，当vd小于MMC桥臂电容电压时，MMC工作于整流状态，当vd大于MMC桥臂电容电压时，MMC工作于逆变状态。从外特性上看，并网MMC和普通的并网逆变器相同，普通并网逆变器的相关分析和控制方法可以用于并网MMC中。图中电流的参考方向和前面的相反，即假设交流侧提供功率源，直流侧为负载侧。根据经典MMC并网拓扑结构的系统微分方程，将其进行分析化简，以及矩阵变换可以画出同步坐标系中并网MMC的等效模型，如图3所示，模型由三个直流回路组成，即d，q回路和输出直流回路。图中，T1和T2为两个受控源网络，其反应了MMC直流侧电压电流和交流侧电压电流的关系，直流负载ZL为等效阻抗。T3和T4为两个回转器，其模型及伏安关系如图4所示。图中ZL为直流等效负载。由于MMC的交流侧和直流侧存在着耦合，这和普通变换器存在着显著的差别，这一差别会对MMC的工作特性产生影响从而造成相关参数值的较大偏差。然而，目前尚无文献考虑MMC交流侧和直流侧存在耦合的情况下对MMC工作特性进行分析研究，导致了应用的局限性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种考虑交直流侧存在耦合的情况下并网MMC的交流输入功率特性的分析方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法，对于输入功率，按照瞬时无功理论可分为输入有功功率与输入无功功率，分别对输入有功功率与输入无功功率进行等式条件约束。考虑有功功率可知，输入有功功率和输出功率是相同的，即所提模型的能量是守恒的，此时根据等式约束条件可知改变开关函数M和功率因数角就可以改变有功功率的大小，当一定时，有功功率和ZL成正比；如果ZL一定，则Xa1决定输出功率的调节范围，且Xa1越小，输入有功调节范围越大。考虑无功功率可知，无功功率的调节范围和直流负载的大小有直接的关系，但和其正负没有关系，也就是说无功功率的输出范围和等效直流负载的大小相关，和系统是工作在整流状态还是逆变状态没有关系。直流负载越大，无功的调节范围越大，在空载时，即ZL→∞时，获得最大的调节范围。当直流负载一定时，改变Ya1和Ya2可以改变无功的调节范围。当负载ZL越大，输入单位功率因素越容易实现，当负载小时，可能无法实现单位功率因素。若当负载ZL较大，从而实现输入单位功率因素时，增益随M单调递减，当M取得最大值1时，由于Ya1<Ya2，因此Gv<1。这意味着，并网MMC输出直流电压可以略小于输入交流电压峰值；当负载ZL较小，从而无法实现输入单位功率因素时，但可以获得最大功率因素，此时q/p最小。当这种情况下，当ZL→∞时，如果不考虑电路损耗，则有功功率为0，且MMC工作在无功发生状态，当输出直流电压和输入交流电压不变时，改变M就可以改变输出无功功率。Ys为系统等效导纳，显然当Ys>0时，系统输入等效为纯电感；当Ys<0时，系统输入等效为纯电容。分析并网MMC交流输入功率控制特性步骤如下：步骤一：根据瞬时无功理论，将输入功率分为输入有功功率与输入无功功率分别进行分析，得出等式约束；步骤二：分析输入有功功率，得出输入有功功率与输出功率相同，即能量守恒的结论；步骤三：基于步骤一与步骤二，在输入有功功率的等式约束条件以及有功功率能量守恒的前提下，得出M和有功功率大小的关系；步骤四：分析输出无功功率，得出无功功率的输出范围和等效直流负载的大小ZL的关系；步骤五：基于步骤四，考虑等效直流负载较大情况下，系统取得的最大功率因素以及此时增益的变化条件；步骤六：基于步骤四，考虑等效直流负载较小情况下，系统取得最大功率因素条件以及在极值条件下系统输入等效形式。单独分析输入有功功率与输入无功功率得出约束条件以及调节范围之后，最终综合得到并网MMC的交流输入功率控制特性。附图说明图1为本专利技术实施例的并网MMC拓扑结构示意图。图2为本专利技术实施例的并网MMC等效模型，分为交流侧与直流侧示意图。图3为本专利技术实施例的并网MMC在dq旋转坐标系中的等效模型示意图。图4为本专利技术实施例的回转器模型及伏安关系示意图。图5为本专利技术实施例的电感主导条件下的MMC运行矢量图。图6为本专利技术实施例的电容主导下的MMC运行矢量图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法，按照瞬时无功功率理论，可分别对输入有功功率与输入无功功率进行等式条件约束。输入有功功率和输出功率是相同的，即所提模型的能量是守恒的。改变开关函数M和功率因数角就可以改变有功功率的大小，当功率因数角一定时，有功功率和负载ZL成正比。无功功率的调节范围和直流负载的大小有直接的关系，但和其正负没有关系，也就是说无功功率的输出范围和等效直流负载的大小相关，和系统是工作在整流状态还是逆变状态没有关系。直流负载越大，无功的调节范围越大，在空载时，即负载ZL→∞时，获得最大的调节范围。负载ZL越大，输入单位功率因素越容易实现，当负载小时，可能无法实现单位功率因素。当负载ZL较大，从而实现输入单位功率因素时，增益随开关函数M单调递减，当开关函数M取得最大值1时，增益Gv<1。这意味着，并网MMC输出直流电压可以略小于输入交流电压峰值。当负载ZL较小，从而实现输入单位功率因素时，但可以获得最大功率因素，此时无功输入功率与有功输入功率之比q/p最小。当ZL→∞时，如果不考虑电路损耗，则有功功率为0，且功率因数角MMC工作在无功发生状态，当输出直流电压和输入交流电压不变时，改变开关函数M就可以改变输出无功功率。当系统等效导纳Ys>0时，系统输入等效为纯电感；当系统等效导纳Ys<0时，系统输入等效为纯电容。一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法，其过程具体为：步骤一：根据瞬时无功理论，将输入功率分为输入有功功率与输入无功功率分别进行分析，得出等式约束；步骤二：分析输入有功功率，得出输入有功功率与输出功率相同，即能量守恒的结论；步骤三：基于步骤一与步骤二，在输入有功功率的等式约束条件以及有功功率能量守恒的前提下，得出开关函数M和功率因数角有功功率大小的关系；步骤四：分析输出无功功率，得出无功功率的输出范围和等效直流负载的大小ZL的关系；步骤五：基于步骤四，考虑等效直流负载较大情况下，系统取得的最大功率因素以及此时增益的变化条件；步骤六：基于步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并网MMC的交流输入功率特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据瞬时无功理论，将输入功率分为输入有功功率与输入无功功率分别进行分析，得出等式约束；步骤二：分析输入有功功率，得出输入有功功率与输出功率相同，即能量守恒的结论；步骤三：基于步骤一与步骤二，在输入有功功率的等式约束条件以及有功功率能量守恒的前提下，得出开关函数M和功率因数角

【技术特征摘要】
1.一种并网MMC的交流输入功率特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据瞬时无功理论，将输入功率分为输入有功功率与输入无功功率分别进行分析，得出等式约束；步骤二：分析输入有功功率，得出输入有功功率与输出功率相同，即能量守恒的结论；步骤三：基于步骤一与步骤二，在输入有功功率的等式约束条件以及有功功率能量守恒的前提下，得出开关函数M和功率因数角有功功率大小的关系；步骤四：分析输出无功功率，得出无功功率的输出范围和等效直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱峰，伍双喜，杨银国，刘俊磊，罗钢，娄源媛，张子泳，吴国炳，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东,44