[发明专利]一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法

说明书

本发明公开了一种MMC‑HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，将平均值模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，将变换后的平均值模型线性化，得到MMC模块小信号模型。本发明的模型计及了模块的自身损耗，能较好地反应基于MMC拓扑结构的换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应，同时计算量较小，仿真效率高，适用于不需要观测MMC内部动态特性的全系统小扰动稳定性分析。

技术领域

本发明属于柔性直流输电领域，特别涉及一种MMC-HVDC(基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统)输电系统MMC模块小信号建模方法。

背景技术

柔性直流输电(voltage source converter based high-voltage dc，VSC-HVDC)技术作为新一代直流输电技术，相较于传统直流输电技术，具有控制灵活、功率因数高等优良特性。包括柔性直流输电在内的电力系统随时都受到小扰动，例如负荷波动和网络参数缓变。所以一个良好的电力系统，必须要是小干扰稳定的，否则系统即便在稳定情况下也无法正常运行。

柔性直流输电工程采用的电压源换流器(VSC)主要有三种形式：两电平换流器、二极管箝位型三电平换流器和模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)。相较于两电平和三电平拓扑结构，MMC拓扑结构因具有损耗低、波形质量高、故障处理能力强等优点而被广泛采纳。但是MMC拓扑结构十分复杂，在对MMC-HVDC输电网络进行小信号建模时大部分技术将MMC模块直接忽略，实际上MMC模块的自身损耗会通过影响换流器直流侧有功输出而影响系统的动态特性。鉴于此，有必要对双端MMC-HVDC系统MMC小信号建模。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，将平均值模型(average value models based on switching functions，AVM)从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，运用于MMC的小信号建模，在考虑MMC模块外特性的基础上计及了MMC模块的自身损耗，能较好地反应换流器外特性对所连交、直流网络的动态响应。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种MMC-HVDC输电系统MMC模块小信号建模方法，包括以下步骤：

步骤1：将平均值模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系，具体为：

根据MMC的拓扑结构，计及换流器的功率损耗P_loss，MMC直流侧和交流侧的有功功率之间的关系式为

P_ac＝P_dc+P_loss

式中，P_ac为MMC交流侧有功功率，P_dc为MMC直流侧有功功率，V_dc、I_dc分别为直流电压和直流电流，e_j(j＝a,b,c)是由内环控制器产生的j相交流端口对中性点的电压指令值；

式通过派克变换改写为

电流损耗I_loss为：

式中，I_c为包含换流器损耗的等值直流电流，由式求得；

R为MMC换流器开关与阻性损耗的等值电阻，按照稳态时换流器的有功功率损耗为1％的比例进行计算；i_sd和i_sq分别为公共耦合点PCC处电流的d轴分量和q轴分量，u_cd和u_cq换流器交流侧输出电压的d轴分量和q轴分量；