[发明专利]一种并网MMC的交流输入功率特性的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，涉及一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法。

背景技术

典型的MMC并网拓扑结构图如图1所示，图中，v_su，v_sv，v_sw为电网三相电压源，R_s和L_s分别为线路电阻和电感，两个桥臂电感电感并联等效成L_ac串在交流侧，该电感在MMC并网时，可以用于调控电网流入MMC的电流，如果L_ac不足以达到调控的目标，则在交流侧需要串联电感L_s，用于补偿L_ac的不足。直流侧，电压源v_d、电感L_L和电阻R_L组成了有源直流负载网络，当v_d小于MMC桥臂电容电压时，MMC工作于整流状态，当v_d大于MMC桥臂电容电压时，MMC工作于逆变状态。从外特性上看，并网MMC和普通的并网逆变器相同，普通并网逆变器的相关分析和控制方法可以用于并网MMC中。图中电流的参考方向和前面的相反，即假设交流侧提供功率源，直流侧为负载侧。

根据经典MMC并网拓扑结构的系统微分方程，将其进行分析化简，以及矩阵变换可以画出同步坐标系中并网MMC的等效模型，如图3所示，模型由三个直流回路组成，即d，q回路和输出直流回路。图中，T₁和T₂为两个受控源网络，其反应了MMC直流侧电压电流和交流侧电压电流的关系，直流负载Z_L为等效阻抗。T₃和T₄为两个回转器，其模型及伏安关系如图4所示。图中Z_L为直流等效负载。

由于MMC的交流侧和直流侧存在着耦合，这和普通变换器存在着显著的差别，这一差别会对MMC的工作特性产生影响从而造成相关参数值的较大偏差。然而，目前尚无文献考虑MMC交流侧和直流侧存在耦合的情况下对MMC工作特性进行分析研究，导致了应用的局限性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种考虑交直流侧存在耦合的情况下并网MMC的交流输入功率特性的分析方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种并网MMC的交流输入功率控制特性分析方法，对于输入功率，按照瞬时无功理论可分为输入有功功率与输入无功功率，分别对输入有功功率与输入无功功率进行等式条件约束。

考虑有功功率可知，输入有功功率和输出功率是相同的，即所提模型的能量是守恒的，此时根据等式约束条件可知改变开关函数M和功率因数角就可以改变有功功率的大小，当一定时，有功功率和Z_L成正比；如果Z_L一定，则X_a1决定输出功率的调节范围，且X_a1越小，输入有功调节范围越大。

考虑无功功率可知，无功功率的调节范围和直流负载的大小有直接的关系，但和其正负没有关系，也就是说无功功率的输出范围和等效直流负载的大小相关，和系统是工作在整流状态还是逆变状态没有关系。直流负载越大，无功的调节范围越大，在空载时，即Z_L→∞时，获得最大的调节范围。当直流负载一定时，改变Y_a1和Y_a2可以改变无功的调节范围。当负载Z_L越大，输入单位功率因素越容易实现，当负载小时，可能无法实现单位功率因素。若当负载Z_L较大，从而实现输入单位功率因素时，增益随M单调递减，当M取得最大值1时，由于Y_a1<Y_a2，因此G_v<1。这意味着，并网MMC输出直流电压可以略小于输入交流电压峰值；当负载Z_L较小，从而无法实现输入单位功率因素时，但可以获得最大功率因素，此时q/p最小。当这种情况下，当Z_L→∞时，如果不考虑电路损耗，则有功功率为0，且MMC工作在无功发生状态，当输出直流电压和输入交流电压不变时，改变M就可以改变输出无功功率。Y_s为系统等效导纳，显然当Y_s>0时，系统输入等效为纯电感；当Y_s<0时，系统输入等效为纯电容。

分析并网MMC交流输入功率控制特性步骤如下：