一种降低九边形MMC电流应力的参数调整方法技术

一种降低九边形MMC电流应力的参数调整方法。九边形MMC由3组桥臂构成，每组含3条桥臂，共3

【技术实现步骤摘要】
一种降低九边形MMC电流应力的参数调整方法


[0001]本专利技术属于电力电子领域，具体涉及一种降低九边形MMC电流应力的参数调整方法。

技术介绍

[0002]为解决传统化石能源匮乏及其使用过程所带来的环境污染问题，积极寻找可代替传统化石能源的新能源成为了世界各国关注的焦点。海上风电资源丰富、不占用土地，且对环境污染较小，具有广阔的开发前景。分频输电(fractional frequency transmission system,FFTS)作为一种海上风电输送方式，具有传输距离远、运维成本低等优势，有助于风电场向深远海发展。作为分频输电核心装置的变换器需要实现低频系统与工频系统的互联，因此，研究应用于分频输电系统的变换器拓扑对海上风电的发展具有重要意义。
[0003]传统的多端口变换器通常是由多个单输入单输出的变换器通过串联或者并联的方式共用交流或直流母线集成，目前这种变换器集成技术成熟，在一定程度上提高了效率，增加了系统的紧凑性，减少了经济成本。但为了进一步的提高效率、减少成本和增加紧凑性，采用器件或者桥臂复用形式集成的变换器结构也是一种重要的方法，且在文献中得到了研究。
[0004]目前已有学者提出三端口九边形模块化多电平变换器，此拓扑结构使用九个桥臂直接实现了三个交流端口的能量变换，且不需要高压直流母线，九边形MMC具有高紧凑性、低频性能好的优点，可应用于高压大功率场合。然而，九边形MMC为桥臂复用型结构，这导致其单个桥臂应力过大，相对于M3C在器件数量上的优势不明显，同时这也降低了控制自由度，导致其无法通过传统方法进行应力优化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种降低九边形MMC电流应力的参数调整方法，以解决九边形MMC桥臂复用带来的桥臂电流应力过大问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种三端口九边形MMC拓扑结构是由九条桥臂依次连接组成九边形环，九边形环的九个顶点按顺时针方向依次为R、U、Z、S、V、X、T、W、Y，可对称的引出3个三相交流端口，其中XYZ为第一交流端口，RST为第二交流端口，UVW为第三交流端口；第一交流端口接入交流电网，第二交流端口接入50/3Hz低频系统1相连；第三交流端口接入50/3Hz低频系统2相连。
[0008]进一步的，所述三端口九边形MMC拓扑结构的每条桥臂上的结构均相同，每组桥臂由n个H桥单元与电感串联构成，H桥单元可输出三个电平+Vdc、0、
‑
Vdc，n个H桥单元级联输出2n+1个电平。
[0009]采用所提出的参数调整方法可降低三端口九边形MMC桥臂综合电流周期分量应力，所述参数调整方法包括以下具体步骤：
[0010]步骤1：获取交流电网、低频系统1和低频系统2三个系统的相电流信号，其中交流
电网端口为ix、iy、iz；低频系统1端口为ir、is、it；低频系统2端口为iu、iv、iw；
[0011]步骤2：根据获取的系统相电流信号，在九边形MMC等效电路模型的基础上，结合基尔霍夫电流定律得到九边形MMC九条桥臂的电流周期分量表达式i11、i
12
、i13、i21、i22、i23、i31、i32、i33、isr、iwv、ixz、iuw、ivu、izy分别为九边形MMC对应端口的等效线电流；
[0012]i
11
＝i
sr
+i
uw
+i
zy
,i
21
＝i
ts
+i
vu
+i
xz
,i
31
＝i
rt
+i
wv
+i
yx
[0013]i
12
＝i
sr
+i
vu
+i
zy
,i
22
＝i
ts
+i
wv
+i
xz
,i
32
＝i
rt
+i
uw
+i
yx
[0014]i
13
＝i
sr
+i
vu
+i
xz
,i
23
＝i
ts
+i
wv
+i
yx
,i
33
＝i
rt
+i
uw
+i
zy
[0015]步骤3：将步骤2所得九边形MMC九条桥臂的电流周期分量表达式中同频分量部分通过下式进行合并，其中等式右边第一项是影响桥臂电流应力的参数表达式，
[0016][0017]式中，A1，A2分别为两个低频交流端口对应的等效线电流幅值；ω为两个低频交流端口对应的角速度；θ1、θ2分别为两个低频交流端口对应的等效线电流相位，θ3为合并后正弦量的相位；
[0018]九边形MMC共九条桥臂，得到九个参数表达式；
[0019][0020][0021][0022]式中，A11、A12、A13、A21、A22、A23、A31、A32、A33分别为九条桥臂的参数表达式，I2、I3分别为端口2和端口3的端口电流，分别为端口2和端口3的功率因数角，Ψ1、Ψ2分别为端口2与端口1的相位差，端口3与端口1的相角差。
[0023]步骤4：将步骤3所得九个影响桥臂电流应力的参数表达式进行求和建立目标函数J如下式，其中目标函数的自变量为两个同频端口的相角差；
[0024][0025]步骤5：通过对目标函数分析，得到九边形MMC桥臂综合电流周期分量应力与两个同频端口间相角差之间的关系，通过此关系选择桥臂综合电流周期分量应力最低时对应的相角差。
[0026]本专利技术的有益效果为：
[0027]本专利技术可降低九边形MMC桥臂综合电流周期分量应力，从而降低变换器建造与维护成本，减少能量损耗，增强了九边形MMC相对于级联型矩阵变换器(M3C)应用于海上风电分频输电系统的竞争力。
附图说明
[0028]附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所专利技术的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
[0029]图1为本专利技术一个实施例一种三端口九边形MMC拓扑结构；
[0030]图2为本专利技术一个实施例一种三端口九边形MMC拓扑结构的数学模型；
[0031]图3为本专利技术一个实施例一种三端口九边形MMC运行时同频端口间不同相角差下，各端口电压和电流波形图；
[0032]图4为本专利技术一个实施例一种三端口九边形MMC运行时同频端口间不同相角差下，各端口功率分布波形图；
[0033]图5为本专利技术一个实施例一种三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低九边形MMC电流应力的参数调整方法，其特征在于，推导桥臂电流周期分量表达式；提取桥臂电流周期分量应力的影响参数；建立目标函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述桥臂电流周期分量表达式，是由三端口九边形MMC拓扑结构推导得出；所述提取桥臂电流周期分量应力的影响参数，是通过对桥臂电流周期分量表达式中同频分量部分进行合并，分析计算出桥臂电流应力的影响参数；所述建立目标函数，通过对九条桥臂电流应力的影响参数进行求和。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三端口九边形MMC拓扑结构是由九条桥臂依次连接组成九边形环，九边形环的九个顶点按顺时针方向依次为R、U、Z、S、V、X、T、W、Y，可对称的引出3个三相交流端口。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述三相交流端口，XYZ为第一交流端口，RST为第二交流端口，UVW为第三交流端口；其中，第一交流端口接入交流电网，第二交流端口接入50/3Hz低频系统1；第三交流端口接入50/3Hz低频系统2。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述三端口九边形MMC拓扑结构的每条桥臂上的结构均相同，每组桥臂由n个H桥单元与电感串联构成，H桥单元可输出三个电平+Vdc、0、
‑
Vdc，n个H桥单元级联输出2n+1个电平。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：获取交流电网、低频系统1和低频系统2三个系统的相电流信号，其中交流电网端口为ix、iy、iz；低频系统1端口为ir、is、it；低频系统2端口为iu、iv、iw；步骤2：根据获取的系统相电流信号，在九边形MMC等效电路模型的基础上，结合基尔霍夫电流定律得到九边形MMC九条桥臂的电流周期分量表达式i
11
、i12、i13、i21、i22、i23、i31、i32、i33；其中，isr、iwv、ixz、iuw、ivu、izy分别为九边形MMC对应端口的等效线电流；i
11
＝i
sr
+i
uw
+i
zy
,i
21
＝i
ts
+i
vu
+i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文君，严嘉浩，王要强，王怡苗，秦志文，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：