一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及系统，涉及变流器谐波耦合与调制技术领域，方法主要工作是建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δu

An analysis method and system of harmonic coupling transfer in AC and DC side of MMC

【技术实现步骤摘要】
一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及系统
本专利技术涉及变流器谐波耦合与调制
，具体涉及一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及系统。
技术介绍
模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)具有较低的开关损耗，较高的等效开关频率，输出波形好，谐波含量低，模块化的设计易于拓展及增大容量等特点。近年来，其在高压直流输电(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)领域获得了越来越多的关注。但是，换流器器件由于具有非线性的特点，将会在交直流系统中产生谐波量，这些谐波甚至会影响系统的稳定性。因此，对MMC内部的谐波耦合关系，交直流侧的谐波变换规律进行分析，对研究MMC-HVDC的谐波不稳定性具有十分重要的意义。目前，国内外对于MMC的研究主要集中在MMC的桥臂环流产生机理及抑制，子模块电容电压均衡，控制策略，桥臂电压耦合机理等方面。国内外对于两电平和三电平电压源换流器(voltagesourceconverter，VSC)的谐波研究已较为成熟，但对于MMC的交直流侧谐波变换研究还较为不足。因此，具有普遍适用性的MMC交直流侧谐波传递规律需要进一步的研究。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及系统，能够定性分析各相序谐波在模块化多电平变流器的内部耦合过程及其交直流侧谐波传递规律，能应用于分析和解决模块化多电平变流器的谐波不稳定问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：<br>步骤1：获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；步骤2：建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型；步骤3：基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，分别建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；步骤4：建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，在步骤2中，通过以下方法获得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型：根据MMC的工作原理，MMC上下桥臂的电压波动可表示为：其中，Spj与Snj分别为上下桥臂的开关函数；ipj与inj分别为上下桥臂电流；N为各桥臂子模块总数；C为子模块电容值；j相上下桥臂电流可表示为：其中，ij为j相交流侧电流；icomj为j相直流侧电流；j相上下桥臂开关函数可以表示为：其中，m0,ω0,γj0分别为j相调制波的调制度，角频率(基频)和相角；令j相差模电压波动与共模电压波动分别为：Δucomj＝Δupj+Δunj.则可得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)。如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，在步骤1中，获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik，并将其分别表示为：ih＝Ihcos(ωht+θh)ik＝Ikcos(ωkt+θk)其中，Ih,ωh,θh分别为交流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；Ik,ωk,θk分别为直流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；在步骤3中：当交流侧存在谐波ih时，使ij＝ih即可得到与谐波ih有关的共模电压与差模电压模型：当交流侧存在谐波ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波ik有关的共模电压与差模电压模型：如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，在步骤4中，根据MMC拓扑结构，采用KCL基尔霍夫电流定律及KVL基尔霍夫电压定律方法分析，则可得到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：可将上述式子等效为：其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，将差模电压波动Δudiffj与共模电压波动Δucomj代入式MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动Δudiffj的谐波频率相同；①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，还包括判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取MMC交流侧谐波电流i

【技术特征摘要】
1.一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；
步骤2：建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型；
步骤3：基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，分别建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；
步骤4：建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。


2.根据权利要求1所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，在步骤2中，通过以下方法获得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型：
根据MMC的工作原理，MMC上下桥臂的电压波动可表示为：



其中，Spj与Snj分别为上下桥臂的开关函数；ipj与inj分别为上下桥臂电流；N为各桥臂子模块总数；C为子模块电容值；
j相上下桥臂电流可表示为：



其中，ij为j相交流侧电流；icomj为j相直流侧电流；
j相上下桥臂开关函数可以表示为：



其中，m0,ω0,γj0分别为j相调制波的调制度，角频率(基频)和相角；
令j相差模电压波动与共模电压波动分别为：



Δucomj＝Δupj+Δunj.
则可得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：



其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)。


3.根据权利要求2所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，
在步骤1中，获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik，并将其分别表示为：
ih＝Ihcos(ωht+θh)
ik＝Ikcos(ωkt+θk)
其中，Ih,ωh,θh分别为交流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；Ik,ωk,θk分别为直流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；
在步骤3中：
当交流侧存在谐波ih时，使ij＝ih即可得到与谐波ih有关的共模电压与差模电压模型：






当交流侧存在谐波ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波ik有关的共模电压与差模电压模型：








4.根据权利要求3所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，
在步骤4中，根据MMC拓扑结构，采用KCL基尔霍夫电流定律及KVL基尔霍夫电压定律方法分析，则可得到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：






可将上述式子等效为：






其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。


5.根据权利要求4所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，
将差模电压波动Δudiffj与共模电压波动Δucomj代入式MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。


6.根据权利要求5所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，还包括判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，
相序判断方法为：
j相上桥臂开关函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊丽娟，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，
类型：发明
国别省市：广东;44