模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法技术

本发明专利技术提供一种模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，所述方法具体包括如下步骤：S1：构建模块化电平变流器功率电路的电气解析模型；S2：对所述功率电路的电气解析模型进行连续化处理，获得功率电路的电气解析模型的平均模型；S3：构建功率电路的小信号数学模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；S4：构建控制电路的小信号模型；S5：确定双闭环并网模块化多电平变流器的阻抗模型Z

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法
本专利技术涉及并网变流器阻抗建模
，尤其涉及一种模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法。
技术介绍
柔性高压直流输电通常采用模块化多电平变流器，这种变流器具有模块化结构、开关频率低、输送能力较高、谐波特性好、控制灵活等优点，是未来换流站发展的趋势。由于模块化多电平并网变流器复杂的动态特性，易与电网或电网中的感性设备相互作用，产生谐波振荡，造成严重的电网安全事故。因此，柔性直流换流站的设计与运行需要充分考虑其中电力电子变流器的稳定性。而换流器的稳定性又与其阻抗特性密切相关，因此，准确的阻抗模型是保证换流器准确稳定性分析和设计的前提。但是，目前针对模块化多电平变流器的建模没有充分考虑其变压器变比和漏感对功率电路和控制电路的影响，导致建模准确度不够。因此，亟需一种考虑变压器变比和漏感对功率电路以及控制电路的影响的能够提升变流器的建模准确度的建模方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，已解决现有技术的缺陷。本专利技术提供一种模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：S1：构建模块化电平变流器功率电路的电气解析模型；S2：对所述功率电路的电气解析模型进行连续化处理，获得功率电路的电气解析模型的平均模型；S3：以所述平均模型的基础，构建功率电路的小信号数学模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；S4：构建控制电路的小信号模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；S5：以所述功率电路的小信号数学模型和控制电路的小信号模型为基础，确定双闭环并网模块化多电平变流器的阻抗模型Zac(fp)；所述述功率电路的电气解析模型如下：其中，L表示桥臂滤波电感，R表示桥臂电阻，CSM表示桥臂子模块电容，vp表示换流桥直流侧正极电压，vn表示换流桥直流侧负极电压，vx表示桥臂中点电压，ixl表示三相桥下桥臂电流，ixu表示三相桥上桥臂电流，vxl,i表示三相桥臂下桥臂电压，vxu,i表示三相桥上桥臂电压，x表示变量x＝a,b,c，sxu,i表示三相上桥臂的子模块投切状态，sxl,i表示三相下桥臂的子模块投切状态，i表示桥臂中子模块序号，x表示变量x＝a,b,c。进一步，所述步骤S2中将模块化多电平变流器中离散的开关模型平均化表示获得电气解析模型的平均模型，所述电气解析模型的平均模型如下：其中，L表示桥臂滤波电感，R表示桥臂电阻，CSM表示桥臂子模块电容，vx表示桥臂中点电压，ixl表示三相桥下桥臂电流，ixu表示三相桥上桥臂电流，vxl表示平均化后的三相桥下桥臂电压，vxu表示平均化后的三相桥上桥臂电压，x表示a,b,c相，C表示桥臂子模块总电容，vdc表示直流母线电压，vm为直流侧中点到交流侧中点的电压，mxl表示平均化后的下桥臂和模块投切系数，mxu表示平均化后的上桥臂子模块投切系数。进一步，所述步骤S3具体包括：在变流器的公共连接点注入一个频率为fp的电压小扰动，构建模块化多电平变流器功率电路小信号数学模型，并将其转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示：其中，表示上桥臂电流扰动，YL表示桥臂电感导纳矩阵，表示直流母线电压扰动，Mu表示上桥臂投切系数稳态矩阵，表示上桥臂电压扰动，表示调制系数的扰动，Vu表示上桥臂电压稳态矩阵，表示桥臂中点电压扰动，ZC表示桥臂电容导纳矩阵，Iu表示上桥臂电流稳态矩阵，ZT表示变压器漏感矩阵，表示交流侧公共并网点电流的扰动量，表示公共并网点的电压扰动，Zg表示电网阻抗矩阵，表示电网的电压扰动；所述上桥臂电流扰动采用如下方法确定:其中，表示上桥臂电流扰动，为桥臂环流分量的扰动，U为单位矩阵，Ta为上下桥臂关系矩阵；所述交流侧公共并网点电流的扰动量采用如下方法确定：其中，为交流侧公共并网点电流的扰动量，U为单位矩阵，Ta为上下桥臂关系矩阵；其中，表示直流母线电压扰动，Ze表示直流侧等效阻抗矩阵，表示上桥臂电流扰动。由式子(4)(5)(7)(8)得到模块化多电平变流器的功率电路频域线性化模型：其中，其中，表示上桥臂电流扰动，YL表示桥臂电感导纳矩阵，Mu表示上桥臂投切系数稳态矩阵，表示上桥臂电压扰动，表示调制系数的扰动，Vu表示上桥臂电压扰动，ZC表示桥臂电容导纳矩阵，Iu表示上桥臂电流扰动，ZT表示变压器漏感矩阵，表示交流侧公共并网点电流的扰动量，Zg表示电网阻抗矩阵，表示电网的电压扰动，U为单位矩阵。进一步，所述控制电路的小信号模型采用如下方法确定：在变流器的公共连接点注入一个频率为fp的电压小扰动，控制电路的小信号模型用向量表示为：其中，表示控制电路小信号扰动对调制系数的影响，Δi表示电流环对调控系数的影响，Δt表示环流控制对调控系数的影响，ΔV表示直流电压控制对调控系数的影响，ΔQ表示无功控制对调控系数的影响，Δpll表示锁相环扰动对调制系数的影响；所述电流环对调控系数的影响Δi采用如下方法确定：其中，Δi表示电流环对调控系数的影响，Gi表示电流环控制器传递函数矩阵，kt表示变压器变比，表示上桥臂电流扰动；所述环流控制对投切系数的影响Δt采用如下方法确定：其中，Δt表示环流控制对调控系数的影响，Git为环流控制器传递函数矩阵，为桥臂环流分量的扰动；所述直流电压控制对投切系数扰动量的影响ΔV采用如下方法确定：其中，ΔV表示直流电压控制对调控系数的影响，GV为电压环传递函数矩阵，Gir为外环作用于电流内环的电流环传递函数矩阵，表示直流母线电压扰动；无功功率控制对投切系数扰动量的影响ΔQ采用如下方法确定：其中，ΔQ表示无功控制对调控系数的影响，Gir为外环作用于电流内环的电流环传递函数矩阵，GQ表示功率环传递函数矩阵，VQ表示公共连接点电压的稳态矩阵，IQ表示桥臂电流的稳态矩阵，表示上桥臂电流扰动，表示电网电压扰动；所述锁相环对投切系数的影响Δpll采用如下方法确定：其中，Δpll表示锁相环扰动对调制系数的影响，kt表示变压器变比，Gpll表示锁相环传递函数矩阵，表示电网电压扰动。进一步，各个环节对投切系数扰动的影响均可表示为与和相关的统一的形式：其中，表示复变量表示的控制电路小信号模型，表示上桥臂电流扰动，Wi表示中间变量，Wv表示中间变量，表示电网电压扰动。所述中间变量Wi采用如下方法确定：Wi＝Gir(GQVQ-GVZe)+Gi+Git+(Gpll+GirGQIQ)Zg(U-Ta)(11-1)其中，Wi表示中间变量，Gir为外环作用于电流内环的电流环传递函数矩阵，GQ为功率环传递函数矩阵，VQ表示公共连接点电压的稳态矩阵，GV为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：/nS1：构建模块化电平变流器功率电路的电气解析模型；/nS2：对所述功率电路的电气解析模型进行连续化处理，获得功率电路的电气解析模型的平均模型；/nS3：以所述平均模型的基础，构建功率电路的小信号数学模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；/nS4：构建控制电路的小信号模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；/nS5：以所述功率电路的小信号数学模型和控制电路的小信号模型为基础，确定双闭环并网模块化多电平变流器的阻抗模型Z

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
S1：构建模块化电平变流器功率电路的电气解析模型；
S2：对所述功率电路的电气解析模型进行连续化处理，获得功率电路的电气解析模型的平均模型；
S3：以所述平均模型的基础，构建功率电路的小信号数学模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；
S4：构建控制电路的小信号模型，并将所述小信号数学模型转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示；
S5：以所述功率电路的小信号数学模型和控制电路的小信号模型为基础，确定双闭环并网模块化多电平变流器的阻抗模型Zac(fp)；
所述述功率电路的电气解析模型如下：






其中，L表示桥臂滤波电感，R表示桥臂电阻，CSM表示桥臂子模块电容，vp表示换流桥直流侧正极电压，vn表示换流桥直流侧负极电压，vx表示桥臂中点电压，ixl表示三相桥下桥臂电流，ixu表示三相桥上桥臂电流，vxl,i表示三相桥臂下桥臂电压，vxu,i表示三相桥上桥臂电压，x表示变量x＝a,b,c，sxu,i表示三相上桥臂的子模块投切状态，sxl,i表示三相下桥臂的子模块投切状态，i表示桥臂中子模块序号，x表示变量x＝a,b,c。


2.根据权利要求1所述模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤S2中将模块化多电平变流器中离散的开关模型平均化表示获得电气解析模型的平均模型，所述电气解析模型的平均模型如下：



其中，L表示桥臂滤波电感，R表示桥臂电阻，CSM表示桥臂子模块电容，vx表示桥臂中点电压，ixl表示三相桥下桥臂电流，ixu表示三相桥上桥臂电流，vxl表示平均化后的三相桥下桥臂电压，vxu表示平均化后的三相桥上桥臂电压，x表示a,b,c相，C表示桥臂子模块总电容，vdc表示直流母线电压，vm为直流侧中点到交流侧中点的电压，mxl表示平均化后的下桥臂和模块投切系数，mxu表示平均化后的上桥臂子模块投切系数。


3.根据权利要求1所述模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：在变流器的公共连接点注入一个频率为fp的电压小扰动，构建模块化多电平变流器功率电路小信号数学模型，并将其转换到频域下采用矩阵和向量的形式表示：






其中，表示上桥臂电流扰动，YL表示桥臂电感导纳矩阵，表示直流母线电压扰动，Mu表示上桥臂投切系数稳态矩阵，表示上桥臂电压扰动，表示调制系数的扰动，Vu表示上桥臂电压稳态矩阵，表示桥臂中点电压扰动，ZC表示桥臂电容导纳矩阵，Iu表示上桥臂电流稳态矩阵，ZT表示变压器漏感矩阵，表示交流侧公共并网点电流的扰动量，表示公共并网点的电压扰动，Zg表示电网阻抗矩阵，表示电网的电压扰动；
所述上桥臂电流扰动采用如下方法确定:



其中，表示上桥臂电流扰动，为桥臂环流分量的扰动，U为单位矩阵，Ta为上下桥臂关系矩阵；
所述交流侧公共并网点电流的扰动量采用如下方法确定：



其中，为交流侧公共并网点电流的扰动量，U为单位矩阵，Ta为上下桥臂关系矩阵；



其中，表示直流母线电压扰动，Ze表示直流侧等效阻抗矩阵，表示上桥臂电流扰动。
由式子(4)(5)(7)(8)得到模块化多电平变流器的功率电路频域线性化模型：



其中，其中，表示上桥臂电流扰动，YL表示桥臂电感导纳矩阵，Mu表示上桥臂投切系数稳态矩阵，表示上桥臂电压扰动，表示调制系数的扰动，Vu表示上桥臂电压扰动，ZC表示桥臂电容导纳矩阵，Iu表示上桥臂电流扰动，ZT表示变压器漏感矩阵，表示交流侧公共并网点电流的扰动量，Zg表示电网阻抗矩阵，表示电网的电压扰动，U为单位矩阵。


4.根据权利要求1所述模块化多电平变流器的交流阻抗建模方法，其特征在于：所述控制电路的小信号模型采用如下方法确定：
在变流器的公共连接点注入一个频率为fp的电压小扰动，控制电路的小信号模型用向量表示为：



其中，表示控制电路小信号扰动...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜雄，张博，赵静波，周家培，杜程茂，刘俊良，谭尚宁，唐基超，
申请(专利权)人：重庆大学，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50