基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法，包括：S1.若MMC所连交流系统发生不对称交流故障，则分解出MMC交流出口电流的负序分量；S2.确定MMC桥臂电流的解析表达式；S3.确定MMC内部各电气量的解析表达式；S4.根据MMC内部各电气量的解析表达式，求解MMC桥臂电流的二倍频分量的幅值和相位；S5.分解出MMC桥臂波动电压中的直流分量，并与波动前桥臂电压分量相加，得到波动后桥臂电压直流分量；S6.将波动后桥臂电压直流分量作为电压源，绘制MMC等效直流电路。本发明专利技术能够较为准确和直观地说明不对称交流故障下三相桥臂直流电流的不均衡现象，有利于对交流故障穿越控制的研究。故障穿越控制的研究。故障穿越控制的研究。

【技术实现步骤摘要】
基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的进步，基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电技术已在国内外工程中被广泛应用。柔性直流系统发生交流故障，即使是单相接地故障都可能导致柔性直流系统闭锁甚至停运，降低系统的可靠性，因此由交流故障引发的柔性直流系统整体故障穿越是柔性直流发展和应用中亟待解决的关键问题。而研究交流故障穿越的首要任务是分析交流侧故障对模块化多电平换流器(MMC)的影响，为后续研究柔直交流故障穿越控制方法奠定理论基础。
[0003]目前，对于交流故障对MMC的影响研究主要集中在不对称交流故障状态下的桥臂电压、桥臂电流、电容电压和电容电流等关键电气量的数学表述，而上述关键量的表达式的推导都是基于假设三相桥臂直流电流均衡分布的前提下。而实际上，不对称交流故障发生时，负序分量会使得桥臂直流电流在三相间不再均衡分配，目前的研究都忽略了三相桥臂直流电流在故障时的不均衡现象。当三相桥臂直流电流不再均衡分配，也即三相桥臂直流电流不再相等时，MMC桥臂的三相应力不同，不利于MMC的长期安全稳定运行，因此有必要对三相桥臂直流电流在故障时的不均衡现象进行研究。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法，能够较为准确和直观地说明不对称交流故障下三相桥臂直流电流的不均衡现象，有利于对交流故障穿越控制的研究。
[0005]本专利技术的基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法，包括如下步骤：
[0006]S1.若MMC所连交流系统发生不对称交流故障，则分解出MMC交流出口电流的负序分量；
[0007]S2.根据MMC交流出口电流的负序分量，并假设桥臂电流中存在二倍频负序分量和二倍频零序分量，则确定MMC桥臂电流的解析表达式；
[0008]S3.基于MMC桥臂电流的解析表达式，确定MMC内部各电气量的解析表达式，所述MMC内部各电气量的解析表达式包括子模块电容电流、子模块电容波动电压以及MMC桥臂波动电压；
[0009]S4.根据MMC内部各电气量的解析表达式，求解MMC桥臂电流的二倍频分量的幅值和相位；根据如下公式确定MMC桥臂电流的二倍频分量的幅值和相位：
[0010][0011][0012]其中，和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的功率因数角；所述所述N表示MMC单个桥臂含有的子模块数量，M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
da
表示A相桥臂电流的直流成分；和分别表示交流出口电流正序分量和负序分量的功率因数角；L
s
代表MMC的桥臂电抗，C代表子模块电容；
[0013]S5.分解出MMC桥臂波动电压中的直流分量，并与波动前桥臂电压分量相加，得到波动后桥臂电压直流分量；
[0014]S6.将波动后桥臂电压直流分量作为电压源，绘制MMC等效直流电路。
[0015]进一步，根据如下公式确定子模块电容电流：
[0016][0017]其中，i
c_ap
(t)和i
c_an
(t)分别表示A相上桥臂子模块电容电流和下桥臂子模块电容
电流；i
ap
(t)和i
an
(t)分别表示MMC的A相上桥臂电流和下桥臂电流；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
da
表示A相桥臂电流的直流成分；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；
[0018][0019]其中，i
c_bp
(t)和i
c_bn
(t)分别表示B相上桥臂子模块电容电流和下桥臂子模块电容电流；i
bp
(t)和i
bn
(t)分别表示MMC的B相上桥臂电流和下桥臂电流；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
db
表示B相桥臂电流的直流成分；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；
[0020][0021]其中，i
c_cp
(t)和i
c_cn
(t)分别表示C相上桥臂子模块电容电流和下桥臂子模块电容
电流；i
cp
(t)和i
cn
(t)分别表示MMC的C相上桥臂电流和下桥臂电流；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
dc
表示C相桥臂电流的直流成分；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角。
[0022]进一步，根据如下公式确定子模块电容波动电压：
[0023][0024]其中，Δu
c_ap
(t)和Δu
c_an
(t)分别表示A相上桥臂子模块电容波动电压和下桥臂子模块电容波动电压；I
da
表示A相桥臂电流的直流成分；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；
[0025][0026]其中，Δu
c_bp
(t)和Δu
c_bn
(t)分别表示B相上桥臂子模块电容波动电压和下桥臂子模块电容波动电压；I
db
表示B相桥臂电流的直流成分；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法，其特征在于：包括如下步骤：S1.若MMC所连交流系统发生不对称交流故障，则分解出MMC交流出口电流的负序分量；S2.根据MMC交流出口电流的负序分量，并假设桥臂电流中存在二倍频负序分量和二倍频零序分量，则确定MMC桥臂电流的解析表达式；S3.基于MMC桥臂电流的解析表达式，确定MMC内部各电气量的解析表达式，所述MMC内部各电气量的解析表达式包括子模块电容电流、子模块电容波动电压以及MMC桥臂波动电压；S4.根据MMC内部各电气量的解析表达式，求解MMC桥臂电流的二倍频分量的幅值和相位；根据如下公式确定MMC桥臂电流的二倍频分量的幅值和相位：MMC桥臂电流的二倍频分量的幅值和相位：其中，和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的功率因数角；所述所述N表示MMC单个桥臂含有的子模块数量，M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
da
表示A相桥臂电流的直流成分；和分别表示交流出口电流正序分量和负序分量的功率因数角；L
s
代表MMC的桥臂电抗，C代表子模块电容；S5.分解出MMC桥臂波动电压中的直流分量，并与波动前桥臂电压分量相加，得到波动后桥臂电压直流分量；S6.将波动后桥臂电压直流分量作为电压源，绘制MMC等效直流电路。2.根据权利要求1所述的基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法，其特征在于：根据如下公式确定子模块电容电流：
其中，i
c_ap
(t)和i
c_an
(t)分别表示A相上桥臂子模块电容电流和下桥臂子模块电容电流；i
ap
(t)和i
an
(t)分别表示MMC的A相上桥臂电流和下桥臂电流；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
da
表示A相桥臂电流的直流成分；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；其中，i
c_bp
(t)和i
c_bn
(t)分别表示B相上桥臂子模块电容电流和下桥臂子模块电容电流；i
bp
(t)和i
bn
(t)分别表示MMC的B相上桥臂电流和下桥臂电流；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
db
表示B相桥臂电流的直流成分；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的
幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；其中，i
c_cp
(t)和i
c_cn
(t)分别表示C相上桥臂子模块电容电流和下桥臂子模块电容电流；i
cp
(t)和i
cn
(t)分别表示MMC的C相上桥臂电流和下桥臂电流；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
dc
表示C相桥臂电流的直流成分；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角。3.根据权利要求1所述的基于循环耦合关系的三相桥臂直流电流不均衡分析方法，其特征在于：根据如下公式确定子模块电容波动电压：其中，Δu
c_ap
(t)和Δu
c_an
(t)分别表示A相上桥臂子模块电容波动电压和下桥臂子模块电容波动电压；I
da
表示A相桥臂电流的直流成分；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量
的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；其中，Δu
c_bp
(t)和Δu
c_bn
(t)分别表示B相上桥臂子模块电容波动电压和下桥臂子模块电容波动电压；I
db
表示B相桥臂电流的直流成分；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和功率因数角，I
‑
和分别表示交流出口电流负序分量的幅值和功率因数角；和分别表示MMC桥臂电流的二倍频负序和零序分量的幅值，θ
‑
和θ0分别表示二倍频负序和零序分量的功率因数角；其中，Δu
c_cp
(t)和Δu
c_cn
(t)分别表示C相上桥臂子模块电容波动电压和下桥臂子模块电容波动电压；I
dc
表示C相桥臂电流的直流成分；M表示基频电压调制比，ω为基频角频率；I
+
和分别表示交流出口电流正序分量的幅值和...

【专利技术属性】
技术研发人员：林莉，汪莎莎，范米，王静芝，谭惠丹，林雨露，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：