一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法。深入分析各个子模块开关序列与子模块电容电压、子模块电容电流、电容电压排序算法之间的耦合关系，结合稳态下每个子模块的开关状态呈现周期性循环的特点，利用MMC系统参数和负载参数合成桥臂电流，并推导出每个工频周期内各个时刻下的子模块电容电压、电流和理想开关序列。然后，通过检测理想开关序列的上升沿和下降沿，并结合开关管通断的上升和下降时间，将理想开关序列转化为考虑开关管通断过程的梯形波开关序列。本发明专利技术实现了采用电容电压排序算法的MMC传导电磁干扰源的快速合成，与仿真步长小、时间尺度大的时域预测法相比，可以在确保准确度的前提下极大缩短MMC的EMI预测时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法
本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法。
技术介绍
自从德国学者R.Marquart于2003年提出模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter，MMC)的概念以来，MMC受到了国内外学者的广泛研究。MMC是一种串联型多电平变换器，其由众多相同的子模块单元串联组成。通过控制子模块的投入和切除，可以在MMC的桥臂中点处得到接近于正弦波的交流输出波形，因此MMC具有输出波形质量高、动态响应性能好的特点。同时，相较于其他多电平变换器，MMC具有扩展性强、易于批量生产等优势，近年来逐渐成为柔性直流输电技术中的主流拓扑，并且在一些示范工程中得到了应用。MMC的优越性能得益于其使用的大量电力电子器件。通过灵活控制电力电子器件的通断，可以调节变换器的功率、电压、电流等。但大量电力电子器件的引入，也给系统带来了严重的电磁干扰问题。电力电子器件的高速通断带来了很大的电压跳变dv/dt和电流跳变di/dt，这些跳变中含有丰富的高频成分，是电力电子系统中潜在的电磁干扰源。同时，MMC系统非常庞大，系统内各个元件都具有寄生参数，大量的寄生参数为电磁干扰提供了可能的传导路径。为了提高变换器的功率密度，往往将子模块组设计得十分紧凑，这更加加剧了MMC系统的电磁干扰问题。在实际工程中，大量子模块的高速投切会导致弱电侧控制板和驱动板受到干扰，严重时导致系统无法正常运行，MMC的电磁兼容问题亟待解决。>对包括MMC在内的电力电子变换器的电磁兼容问题进行研究，首先需要建立其完整的电磁干扰模型。按照干扰频段区分，可以将电磁干扰分为传导电磁干扰(10kHz至30MHz)和辐射电磁干扰(30MHz以上)。在研究传导电磁干扰时，需要分别对电磁干扰源和传导路径进行精确建模。一般说来，对传导路径的精确建模相对而言更简单一些，而对电磁干扰源的合成则较为复杂。MMC系统电磁干扰源的合成问题面临的技术难题主要有：(1)目前，针对MMC系统的电磁干扰源的合成方法的研究几乎没有，可参考文献极少，只能仿照以往诸如Buck变换器、Boost变换器、三相两电平变换器等较为简单的变换器的电磁干扰源合成方法；(2)相比于调制方式较为简单的单端正反激变换器、三相两电平变换器等，MMC系统主要采用最近电平逼近调制与电容电压排序算法相结合的方法，电力电子器件的开关序列难以直接通过数学解析的方式得出；(3)时域仿真法存在仿真步长小、参数多、耗时长的缺点，并且不具有通用性，当系统参数变更时需要重新进行仿真，灵活性不高。当子模块数较多时，MMC系统非常庞大，需要搭建的仿真模型极其复杂，不利于电磁兼容仿真分析。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法，旨在解决MMC传导电磁干扰频域建模中，电磁干扰源的合成难以在电容电压排序算法下直接通过数学解析方法实现的问题。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法，所述MMC由A、B、C三相的上下桥臂共六个桥臂组成，每个桥臂中含有N个子模块和一个桥臂电感，N为整数，每个子模块中包括上开关管和下开关管，包括以下步骤：S1.利用MMC系统参数和负载参数合成稳态时的桥臂电流ixy(t)，利用最近电平逼近调制原理推导出上下桥臂投入的子模块数目nxy(t)；其中，x代表相编号，x＝A，B或C；y代表桥臂编号，y＝上桥臂p或下桥臂n；S2.给定初始时刻t0的子模块电容电压uC_xyz(t0)，按照从小到大的顺序进行排序，结合初始时刻投入的子模块数目nxy(t0)得到初始时刻所有子模块的开关函数Sxyz(t0)，进而推导出下一时刻所有子模块电容电流和子模块电容电压；其中，z代表子模块编号，z＝1，2，···，N；S3.利用前一时刻tk的子模块数目nxy(tk)和所有子模块的开关函数Sxyz(tK)，推导下一时刻tk+1的所有子模块电容电流iC_xyz(tk+1)和子模块电容电压uC_xyz(tk+1)，利用tk+1时刻的子模块电容电压，结合桥臂电流ixy(tk+1)的正负性和上下桥臂投入的子模块数目nxy(tk+1)，通过电容电压排序算法得出tk+1时刻所有子模块的开关函数Sxyz(tk+1)；其中，k代表时刻编号，k＝0，1，2，···；S4.重复S3，得到所有时刻下的子模块开关函数Sxyz(t)；S5.结合上下开关管的开通和关断时间，将子模块开关函数Sxyz(t)修正为梯形波，最终实现所有电磁干扰源的波形合成。其中，桥臂电流ixy(t)包括直流分量、基频分量和二倍频分量，具体为：上下桥臂的直流分量相等：式中上下桥臂的基频分量大小相等但方向相反：上下桥臂的二倍频分量大小相等且方向相同：i2_Ap(t)＝i2_An(t)＝I2sin(2ω0t+ψ)式中其中，uO为输出电压幅值，IO为输出电流幅值，Udc为直流电压幅值，为负载功率因数角，ω0为工频角频率，m为调制比，R为负载电阻值，L为负载电感值，abs[x]表示对x取模值，angle[x]表示对x取角度。进一步地，上下桥臂投入的子模块数目nxy(t)包括上桥臂投入的子模块数目nxp(t)和下桥臂投入的子模块数目nxn(t)，具体为：其中，ω0为工频角频率，m为调制比，round()表示取整。进一步地，S3中的电容电压排序算法具体为：对各个子模块电容电压进行排序，利用得到的投入子模块数目nxy(tk)，结合此时桥臂电流ixy(tk)的正负性，判断各个子模块投切状况；当桥臂电流ixy(tk)为正时，投入电压较低的nxy(tk)个子模块；当桥臂电流ixy(tk)为负时，投入电压较高的nxy(tk)个子模块。投入的子模块的开关函数为1，未投入的子模块的开关函数为0。本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述的方法的步骤。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，首先，本专利技术是基于MMC系统参数、负载参数这些已知参数上的，排序均压算法与实际装置中也保持一致，无需获取额外的参数就能实现；其次，该方法基于MMC的稳态运行工况，能够直接对稳态时的电磁干扰源进行建模，跳过了暂态仿真过程，对于步长小、参数多、耗时长的MMC高频模型来说，能极大缩短仿真时间；最后，该方法能够直接通过编写程序代码的方式得到最终结果，当系统参数或负载参数发生变化时，只需要修改程序中的对应变量，而无需重新搭建仿真，执行效率高。附图说明图1为半桥型子模块MMC高频模型图；图2为半桥型子模块MMC的电磁干扰源分布图；图3为基于电容电压排序算法的子模块均压策略原理图；图4为基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法，所述MMC由A、B、C三相的上下桥臂共六个桥臂组成，每个桥臂中含有N个子模块和一个桥臂电感，N为整数，每个子模块中包括上开关管和下开关管，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.利用MMC系统参数和负载参数合成稳态时的桥臂电流i

【技术特征摘要】
1.一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法，所述MMC由A、B、C三相的上下桥臂共六个桥臂组成，每个桥臂中含有N个子模块和一个桥臂电感，N为整数，每个子模块中包括上开关管和下开关管，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用MMC系统参数和负载参数合成稳态时的桥臂电流ixy(t)，利用最近电平逼近调制原理推导出上下桥臂投入的子模块数目nxy(t)；其中，x代表相编号，x＝A，B或C；y代表桥臂编号，y＝上桥臂p或下桥臂n；
S2.给定初始时刻t0的子模块电容电压uC_xyz(t0)，按照从小到大的顺序进行排序，结合初始时刻投入的子模块数目nxy(t0)得到初始时刻所有子模块的开关函数Sxyz(t0)，进而推导出下一时刻所有子模块电容电流和子模块电容电压；其中，z代表子模块编号，z＝1，2，···，N；
S3.利用前一时刻tk的子模块数目nxy(tk)和所有子模块的开关函数Sxyz(tk)，推导下一时刻tk+1的所有子模块电容电流iC_xyz(tk+1)和子模块电容电压uC_xyz(tk+1)，利用tk+1时刻的子模块电容电压，结合桥臂电流ixy(tk+1)的正负性和上下桥臂投入的子模块数目nxy(tk+1)，通过电容电压排序算法得出tk+1时刻所有子模块的开关函数Sxyz(tk+1)；其中，k代表时刻编号，k＝0，1，2，···；
S4.重复S3，得到所有时刻下的所有子模块开关函数Sxyz(t)；
S5.结合上下开关管的开通和关断时间，将子模块开关函数Sxyz(t)修正为梯形波，最终实现所有电磁干扰源的波形合成。


2.如权利要求1所述的MMC电磁干扰源合成方法，其特征在于，所述桥臂电流ixy(t)包括直流分量、基频分量和二倍频分量，具体为：

【专利技术属性】
技术研发人员：裴雪军，孙涛，单越，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42