一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，通过获取MMC的运行工况数据及系统特性参数，并根据MMC的运行工况数据和系统特性参数建立引入相环流后的上/下桥臂电流模型，其中，设注入零序高次谐波电压为u

【技术实现步骤摘要】
一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术作为新一代直流输电技术，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术，该技术具有适合构成多端直流系统、占地面积小、无换相失败和无功补偿问题等优点。换流器是柔性直流技术的核心器件，模块化多电平换流器(MMC)因其具有模块化结构、可扩展性和谐波含量少等特点，已成为柔性直流输电系统的首选换流器拓扑，得到了广泛的应用。
[0003]而作为模块化多电平换流器(MMC)的储能元件，子模块电容的电压波动决定了开关器件的选择与其安全运行区间。同时，电容器也是MMC子模块中最大的设备，其体积和重量占子模块的50％以上，成本约占1/3，子模块电容电压波动水平直接受电容值大小影响。目前主要有两种方法来降低MMC子模块电容电压纹波，一是增大电容容量，二是研究控制策略。第一种方案会造成设备体积和成本大大增加，而第二种方法能够在不改变MMC子模块系统参数的情况下有效降低电容电压波动，因而能够在相同的条件降低MMC的体积和成本，具有较高的工程应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，以抑制MMC子模块电容电压纹波，从而降低MMC的成本和体积，并验证该控制策略方法的有效性。
[0005]为实现上述效果，本专利技术提出了一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，包括：
[0006]S1.连接MMC子模块电容电压纹波抑制电路，获取MMC的运行工况数据及系统特性参数，并根据MMC的运行工况数据和系统特性参数建立引入相环流后的上/下桥臂电流模型，并向模型中注入电压且输送电流，其中，注入零序高次谐波电压为u
z
，a相相环流为i
pca
；
[0007]S2.建立注入零序高次谐波电压后上/下桥臂电压模型；
[0008]S3.根据所述的上/下桥臂电压和电流模型，建立上/下桥臂的瞬时输入功率模型；
[0009]S4.取高次谐波为三倍频零序电压，建立注入三次谐波电压u
z
的模型；
[0010]S5.根据所述的i
pcx
模型，计算得到在三相缓冲电感上的电压模型；
[0011]S6.根据所述的三次谐波电压模型和三相缓冲电感电压模型，得到改进的基于谐波注入上/下桥臂的参考电压模型，以获得工作中电压纹波幅值。
[0012]进一步的，所述步骤S1中上/下桥臂电流模型表达式如下：
[0013]i
′
Pa
＝i
oa
/2+i
za
+i
pca
[0014]i'
Na
＝i
oa
/2
‑
i
za
‑
i
pca
[0015]其中，i
za
为直流相间环流，i
oa
为a相电流，i
′
Pa
为引入相间环流后的a相上桥臂电流，i
′
Na
为引入相间环流后的a相下桥臂电流。
[0016]进一步的，所述步骤S2中上/下桥臂电压模型表达式如下：
[0017]u'
Pa
＝U
dc
/2
‑
u
oa
‑
u
z
[0018]u'
Na
＝U
dc
/2+u
oa
+u
z
[0019]其中，U
dc
为直流母线电压，u
oa
为a相电压，u
′
Pa
为引入零序电压后的a相上桥臂电压，u
′
Na
为引入零序电压后的a相下桥臂电压。
[0020]进一步的，所述步骤S3中上/下桥臂瞬时输入功率模型表达式如下：
[0021]p
′
Pa
＝u
′
Pa
·
i
′
Pa
＝p1‑
p2‑
p3[0022]p
′
Na
＝
‑
u
′
Na
·
i
′
Na
＝
‑
p1+p2‑
p3[0023]其中，p
′
Pa
为在引入新的自由度后a相上桥臂输入功率，p
′
Na
为引入新的自由度后a相下桥臂输入功率，且p1、p2和p3的表达式如下：
[0024]p1＝U
dc
i
oa
(1
‑
m2sin2(ωt))/4
‑
u
z
i
pca
[0025]p2＝U
m
i
oa
u
z
sin(ωt)/U
dc
+U
m
i
pca
sin(ωt)
[0026]p3＝(i
oa
u
z
‑
U
dc
i
pca
)/2
[0027]其中，U
m
为相电压幅值，m为调制比。p1中存在低频分量，p2和p3都受到u
z
和i
pca
的调制。如果u
z
和i
pca
具有较高的频率，则p2和p3具有高频率的频率。
[0028]为了消除p1中的低频成分，i
pca
可以表示如下：
[0029][0030]其中U
z
和ω分别是u
z
的振幅和频率。
[0031]进一步的，所述步骤S4中u
z
模型表达式如下：
[0032][0033]进一步的，所述步骤S5中三相缓冲电感的电压模型表达式如下：
[0034][0035]其中下标符号x表示相位a、b、c。
[0036]进一步的，所述步骤S6中上/下桥臂参考电压模型表达式如下：
[0037]u
Px,ref
＝U
dc
/2
‑
u
ox
‑
u
z
‑
u
pcx
[0038]u
Nx,ref
＝U
dc
/2+u
ox
+u
z
‑
u
pcx
[0039]其中，u
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，连接MMC子模块电容电压纹波抑制电路，获取MMC的运行工况数据及系统特性参数，并根据MMC的运行工况数据和系统特性参数建立引入相环流后的上/下桥臂电流模型，并向模型中注入电压且输送电流，其中，注入零序高次谐波电压为u
z
，a相相环流为i
pca
；步骤2，建立注入零序高次谐波电压后上/下桥臂电压模型；步骤3，根据所述的上/下桥臂电压模型和电流模型，建立上/下桥臂的瞬时输入功率模型；步骤4，取高次谐波为三倍频零序电压，建立注入三次谐波电压u
z
的模型；步骤5，根据所述的上/下桥臂电流模型，计算得到在三相缓冲电感上的电压模型；步骤6，根据所述的三次谐波电压模型和三相缓冲电感电压模型，得到改进的基于谐波注入上/下桥臂的参考电压模型，以获得工作中电压纹波幅值。2.如权利要求1所述的一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，其特征在于：步骤1中，上/下桥臂电流模型表达式如下：i
′
Pa
＝i
oa
/2+i
za
+i
pca
i
′
Na
＝i
oa
/2
‑
i
za
‑
i
pca
其中，i
za
为直流相间环流，io
a
为a相电流；i
’
Pa
为引入相间环流后的a相上桥臂电流，i
’
Na
为引入相间环流后的a相下桥臂电流。3.如权利要求1所述的一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，其特征在于：步骤2中，上/下桥臂电压模型表达式如下：u
′
Pa
＝U
dc
/2
‑
u
oa
‑
u
z
u'
Na
＝U
dc
/2+u
oa
+u
z
其中，U
dc
为直流母线电压，uo
a
为a相电压,u
’
Pa
为引入零序电压后的a相上桥臂电压，u
’
Na
为引入零序电压后的a相下桥臂电压。4.如权利要求1所述的一种基于高次谐波注入的MMC子模块电容电压纹波抑制验证方法，其特征在于：步骤3中，上/下桥臂瞬时输入功率模型表达式如下：p
′
Pa
＝u
′
Pa
·
i
′
Pa
＝p1‑
p2‑
p3p
′
Na...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟林，李照地，黄明，吴东华，阎明，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：