基于虛擬電位法的mmc數(shù)學(xué)模型分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué)模型分析方法,屬于電力系統(tǒng)運行與 控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的柔性直流輸電工程大多采用兩電平或三電平的VSC,開關(guān)器件的串聯(lián)會導(dǎo) 致器件的動態(tài)均壓問題,影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。MMC通過子模塊電壓疊加達到較高的電 壓輸出,具有模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計、易于擴展、開關(guān)損耗低、輸出電壓諧波含量小等優(yōu)點,大大提 高系統(tǒng)的冗余度和可靠性。作為應(yīng)用于柔性直流輸電領(lǐng)域的一種新興技術(shù),有其獨特的優(yōu) 勢,但國內(nèi)外對于MMC的研究時間還較短,實際工程的應(yīng)用經(jīng)驗也較少,因而對于進行系統(tǒng) 建模和控制策略方面的研究具有十分重要的意義。
[0003] 目前MMC數(shù)學(xué)模型是在列寫MMC相單元KCL和KVL方程的基礎(chǔ)上,通過定義復(fù)雜 物理量,簡化KVL方程,建立MMC數(shù)學(xué)模型。但在定義復(fù)雜物理量時,對其過程和物理意義 的分析比較少或是不直觀,對于理解MMC運行特性有很大障礙。本發(fā)明中將虛擬電位法應(yīng) 用于MMC數(shù)學(xué)模型分析,能夠直觀解釋所定義物理量的意義以及其對MMC運行特性的影響, 對掌握MMC數(shù)學(xué)模型有重要意義,有助于理解MMC運行特性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,提出一種基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué) 模型分析方法,用于理解和建立MMC數(shù)學(xué)模型,同時為MMC的建模仿真提供基礎(chǔ)。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué)模型分析方法,其特征在 于,包括如下步驟:
[0006] 步驟SSl根據(jù)MMC等效電路,列寫MMC相單元KCL和KVL方程;
[0007] 步驟SS2定義虛擬電位零點,然后利用虛擬電位法確定電氣量,并確定電氣量物 理含義;
[0008] 步驟SS3通過將步驟SS2中的電氣量作為基底,代入MMC的KCL、KVL方程,確定 MMC數(shù)學(xué)模型,并利用所述步驟SS2所確定的電氣量物理含義描述MMC運行控制特性。
[0009] 優(yōu)選地,所述步驟SSl具體包括:利用KVL和KCL定律列解電氣量關(guān)系方程:
[0012] 節(jié)點電流方程:iv.j= i w-in.j (3)
[0013] (I)、⑵相加減,則有:
[0014] Udc-(unj+upj) = R0(inj+ipj)+Ld(inj+i pj)/dt (4)
[0015] (Un -Upj) -2uvj = R 〇 (ip-inj) +Ld (ip-inj) /dt (5)
[0016] 其中,換流器交流輸出側(cè)的相電壓、線電流分別為(j = a,b,c),腳標(biāo)p、n分 別表示上下橋臂,所述上下橋臂的電壓矢量可用6個受控電壓源up]、u n](j = a,b,c)等效, 相應(yīng)橋臂電流為iw、i#L。為橋臂串聯(lián)電抗的電感值,電阻R。用來等效橋臂的損耗,直流電 壓為 ±Udc/2。
[0017] 優(yōu)選地,所述步驟SS2具體包括:設(shè)MMC正負極直流線路A、B點的電壓幅值相等而 且反向,虛擬電位零點為u w,向量lp、In分別表示上、下橋臂電壓,向量長度與電壓幅值成正 比,虛擬電位零點U w位于上、下橋臂電壓向量之和中點。
[0018] 優(yōu)選地,所述步驟SS2具體還包括:設(shè)相單元第j相不平衡電壓設(shè)為ucir j,相單 元內(nèi)部電動勢則:
[0019] 2ucir j= U dc-(un j+up j) (6)
[0020] 2e.j= u n.廠uw (7)
[0021] 以向量lp、ln、Id。分別表示上、下橋臂電壓和直流側(cè)電壓,向量長度與電壓幅值成 正比;將U tlilj與虛擬點位零點u 作比較,向量疊加可得其電壓矢量;
[0022] Icirj= I dc/2-(lnj+lpj)/2 (8)利用虛擬電位法,經(jīng)過lp、In疊加可合成u。、士對 應(yīng)的向量1。、易得:
[0023] Iej= (I n_lp)/2 = ln_(lp+ln)/2 (9)
[0024] 1!_是由于上下橋臂的電壓之和與直流電壓不相等而引起的,e ,是由于相單元上 下橋臂電壓不平衡而產(chǎn)生的。
[0025] 優(yōu)選地,所述步驟SS3具體包括:將式(3)、式(7)帶入式(4),可得:
[0026] Uvj= e -R〇ivj/2-Ldivj/2dt (10)
[0027] 式(10)描述了換流器外部的動態(tài)特性,給出了 MMC通過改變上、下橋臂串聯(lián)子模 塊組的輸出電壓來調(diào)節(jié)MMC外部輸入電流的數(shù)學(xué)表達式;
[0028] 將式(6)代入式(5),有:
[0029] Ucirj=R0icirj+L0dicirjdt (11)
[0030] icirj= (inj+iPJ)/2 (12)
[0031] 式中為同時流過上、下橋臂的換流器內(nèi)部電流,稱為第j相不平衡電流;式 (10)和式(11)即為MMC的數(shù)學(xué)模型,兩方程分別描述了 MMC的外部和內(nèi)部動態(tài)特性。
[0032] 本發(fā)明所達到的有益效果:本發(fā)明通過定義了 MMC虛擬電位零點,利用虛擬零點 定義和理解相關(guān)電氣量,用于簡化MMC的KVL方程,建立和描述MMC數(shù)學(xué)模型;同時能夠直 觀解釋所定義相關(guān)電氣量的意義以及其對MMC運行特性的影響,從而清晰描述MMC數(shù)學(xué)模 型,對理解MMC運行特性具有重要意義。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的MMC的工作原理圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明的MMC的等效電路圖。
[0035] 圖3是本發(fā)明的虛擬電位零點的示意圖。
[0036] 圖4是本發(fā)明的Um j的虛擬電位圖。
[0037] 圖5是本發(fā)明的ej虛擬電位圖。
[0038] 圖6是本發(fā)明的MMC交流側(cè)簡化等值電路圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案,而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0040] 本發(fā)明提出一種基于虛擬電位法的MMC數(shù)學(xué)模型分析方法,其特征在于,包括如 下3個步驟。
[0041] 步驟SSl根據(jù)MMC等效電路,列寫MMC相單元KCL和KVL方程,圖2是本發(fā)明的 MMC的等效電路圖;具體包括:利用KVL和KCL定律列解電氣量關(guān)系方程:
[0044] 節(jié)點電流方程:iv.j= i w_in.j (3)
[0045] (I)、⑵相加減,則有:
[0046] Udc-(unj+upj) = R0(inj+ipj)+Ld(inj+i pj)/dt (4)
[0047] (Un -Upj) -2uvj = R 〇 (ip-inj) +Ld (ip-inj) /dt (5)
[0048] 其中,圖I是本發(fā)明的MMC的工作原理圖,圖中v點代表換流器交流輸出側(cè)的相電 壓、線電流分別為u v_j、iv_j (j = a,b,c),腳標(biāo)p、n分別表示上下橋臂,所述上下橋臂的電壓 矢量可用6個受控電壓源uw、un_j(j = a,b,c)等效,相應(yīng)橋臂電流為!^、!^,!^為橋臂串聯(lián) 電抗的電感值,電阻Rc用來等效橋臂的損耗,直流電壓為±u dy2。
[0049] 步驟SS2定義虛擬點位零點,然后利用虛擬電位法確定電氣量,并確定電氣量物 理含義;具體包括:設(shè)MMC正負極直流線路A、B點的電壓幅值相等而且反向,虛擬電位零點 為u 0],向量1P、U^IJ