一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法技术

本发明专利技术建立了一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法，有源型MMC为电池储能经双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电技术和储能及节能
，具体涉及一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法。

技术介绍

[0002]新能源存在诸多问题，比如太阳能、风能受到天气变化、辐射强度变化等因素的影响，具有波动性、间歇性等特点，新能源发电出力的间歇性和不确定性会引起并网功率波动，对电网平稳运行和电能质量造成不利影响，大规模并网运行将给电网带来安全隐患。
[0003]针对上述挑战，引入储能技术成为一种有效的解决方案。所谓储能技术，就是将电能转变成其他形式的能量存储起来，并在需要的时候释放电能的技术。储能技术将会在很大程度上解决新能源发电的波动性、间歇性等问题。解决传统电网结构和运行技术在接纳大规模新能源电力并网时难以满足能量多向流动、功率流的主动调控等系统需求的问题。利用储能技术安全、高效地消纳高比例新能源发电受到广泛关注。其中，有源型MMC因具备运行效率高、外送能力强、模块化程度高和调节储能容量灵活等显著优势，已成为最具潜力的储能方案之一。计算有源型MMC电容电压、电容电流、储能电流时域解析表达式，对分析相关电气量影响因素、设备选型、参数优化等工作具有重要意义，因此需搭建基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述现有大规模新能源并网的挑战和问题，提供一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0006]1.基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。其特征在于，包括：
[0007]有源型MMC在本质上仍为三相电压源换流器，其子模块拓扑结构为电池储能单元经双向DC
‑
DC变换器并联于半桥子模块电容侧，是MMC的一个引申结构。有源型MMC系统属于三端口变流器，同时连接交流端、直流端和电池储能端。
[0008]根据功率守恒原理，流入三端口变流器的功率和为零，因此控制三端中的两端功率，即可控制变流器三端的功率，增加了控制功率的自由度。有源型MMC可分为直流侧功率控制，交流侧功率控制和储能电池充放电的功率控制，本专利技术采用同时控制交流侧功率和储能侧功率的控制策略。有源型MMC交流侧功率控制采用经典的内外环功率解耦控制，每个子模块中增加一个双向DC
‑
DC变换器，因此在控制上增加一个自由度。储能侧可设定不同的功率参考值单独控制每个储能模块充放电。当储能模块处于充电状态时，导通T4和D3，与滤波电感L
b
构成boost电路，使双向DC
‑
DC变换器工作在升压模式。当储能模块处于放电状态，导通双向DC
‑
DC变换器中的T3和D4，与滤波电感L
b
构成buck电路，使双向DC
‑
DC变换器工作在降压模式。有源型MMC中的储能模块采用Shepherd模型，将其充放电简化为一个可逆过程，将其放电过程化分为三个区：指数区、额定工作区和深度放电区。额定状态下放电电压数值
为额定电压E
b
。
[0009]2.基于模态划分的有源型MMC时域解析模型的建模方法。其特征在于，该模型建立包括以下步骤：
[0010]最后根据子模块拓扑结构、KCL和KVL列写微分方程组，推导出有源型MMC电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。
[0011]步骤1：根据有源型MMC子模块拓扑、电池储能充放电机理和半桥子模块IGBT状态，分析其不同工作状态下的工作模式。
[0012]步骤2：根据有源型MMC等效电路和数学原理，推导出上、下桥臂电压时域解析表达式和考虑二次谐波环流的上、下桥臂电流数学时域解析表达式。
[0013]步骤3：引入开关函数模型，建立桥臂电流与流入子模块电流的关系，引入平均值法，建立储能电流与双向DC
‑
DC变换器输出电流的关系。
[0014]步骤4：根据有源型MMC的不同工作模式和基尔霍夫定律，根据储能等效模型和电容器特性，列写微分方程组，推导出有源型MMC的电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。
[0015]本专利技术提供的有源型MMC时域解析模型建模方法填补了适用于有源型MMC时域解析建模方法的技术空白，能够针对子模块拓扑为电池储能单元经DC
‑
DC变换器并联在电容侧的有源型MMC的相关电气量影响因素分析，为抑制电容电压波动和减小电流中谐波含量，对设备选型、参数优化提供理论依据。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例中有源型MMC时域解析模型建模方法流程图；
[0017]图2是本专利技术实施例中有源型MMC拓扑结构图；
[0018]图3是本专利技术实施例中有源型MMC控制策略图；
[0019]图4是本专利技术实施例中有源型MMC子模块拓扑结构图；
[0020]图5是本专利技术实施例中有源型MMC工作状态和工作模式图；
具体实施方式
[0021]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；
[0022]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。
[0023]本专利技术实施提供了一种有源型MMC时域解析模型建模方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：
[0024]S101：根据有源型MMC子模块拓扑、电池储能充放电机理和半桥子模块IGBT状态，分析其不同工作状态下的工作模式。
[0025]S102：根据有源型MMC等效电路和数学原理，推导出上、下桥臂电压时域解析表达式和考虑二次谐波环流的上、下桥臂电流数学时域解析表达式。
[0026]S103：引入开关函数模型，建立桥臂电流与流入子模块电流的关系，引入平均值
法，建立储能电流与双向DC
‑
DC变换器输出电流的关系。
[0027]S104：根据有源型MMC的不同工作模式和基尔霍夫定律，根据储能等效模型和电容器特性，列写微分方程组，推导出有源型MMC的电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。
[0028]1.上述的S101中，根据有源型MMC子模块拓扑、电池储能充放电机理和半桥子模块IGBT状态，分析其不同工作状态下的工作模式，如图4和图5所示。
[0029]有源型MMC在本质上仍为三相电压源换流器，其子模块拓扑结构为电池储能单元经双向DC
‑
DC变换器并联于半桥子模块电容侧，是MMC的一个引申结构，如图2所示。有源型MMC系统属于三端口变流器，同时连接交流端、直流端和电池储能端。
[0030]P
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。其特征在于，包括：有源型MMC在本质上仍为三相电压源换流器，其子模块拓扑结构为电池储能单元经DC
‑
DC变换器并联于半桥子模块电容侧，是MMC的一个引申结构。有源型MMC系统属于三端口变流器，同时连接交流端、直流端和电池储能端。P
sref
‑
P
bref
＝P
dcref
ꢀꢀ
(1)其中，P
sref
为交流侧功率，P
dcref
为直流侧功率，P
bref
为储能侧功率。根据功率守恒原理，流入三端口变流器的功率和为零，因此控制三端中的两端功率，即可控制变流器三端的功率，增加了控制功率的自由度。有源型MMC可分为直流侧功率控制，交流侧功率控制和储能电池充放电的功率控制，本发明采用同时控制交流侧功率和储能侧功率的控制策略。有源型MMC交流侧功率控制采用经典的内外环功率解耦控制，每个子模块中增加一个双向DC
‑
DC变换器，因此在控制上增加一个自由度。储能侧可设定不同的功率参考值单独控制每个储能模块充放电。当储能模块处于充电状态时，导通T4和D3，与滤波电感L
b
构成boost电路，使双向DC
‑
DC变换器工作在升压模式。当储能模块处于放电状态，导通双向DC
‑
DC变换器中的T3和D4，与滤波电感L
b
构成buck电路，使双向DC
‑
DC变换器工作在降压模式。有源...

【专利技术属性】
技术研发人员：许建中，汪晋安，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：