[发明专利]基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法

权利要求书

1.基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，构建单相模块化多电平变流器使用的开关函数所表示的时域非线性状态平均模型；

步骤(B)，根据MMC电路的对称性，对时域非线性状态平均模型系统方程进行线性和非线性矩阵计算，分别得到能量慢变子系统和电流快变子系统的方程；

步骤(C)，将能量慢变子系统和电流快变子系统的方程，改写成非线性奇异摄动系统的表达式，进行新的能量变量定义；

步骤(D)，根据拓扑对称性列出三相模块化多电平变流器的系统方程，并将变量转换到静止坐标系αβ坐标中，简化该系统方程的表达式；

步骤(E)，根据非线性奇异摄动系统的不同时间尺度特性，将电流快变子系统的稳态解带入能量慢变子系统；

步骤(F)，将新的能量慢变子系统的系统状态变量进行傅里叶展开，并进一步优化单位时间尺度，对新时间尺度下的能量慢变子系统微分方程，求取周期为2π的变量状态平均；

步骤(G)，将负载等效为三相阻抗性负载，并对其电压电流方程也进行αβ坐标系转换，并结合步骤(F)求取的周期为2π的变量状态平均，完成模块化多电平变流器的控制器的慢变系统和快变系统控制器的构建。

2.根据权利要求1所述的基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：步骤(A)，构建单相模块化多电平变流器使用的开关函数所表示的时域非线性状态平均模型，具体过程为：单相模块化多电平变流器拓扑上、下桥臂子模块数量定义为1，半导体开关元器件工作特性由理想开关离散函数表示，上、下桥臂子模块用理想开关和电容串联电路表示，其中，子上、下桥臂子模块电压由电容C1表示，单桥臂的等效电感用L表示。

3.根据权利要求1所述的基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：步骤(B)，根据MMC电路的对称性，对时域非线性状态平均模型系统方程进行线性矩阵计算，将系统时域变量转换成变量的和与变量差的形式，该线性矩阵T如下式所示，

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4.根据权利要求1所述的基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：步骤(B)，根据MMC电路的对称性，对时域非线性状态平均模型系统方程进行非线性矩阵计算，并将电流和电压微分方程相加，得出能量形式的系统微分方程组，该非线性矩阵满足条件V_MZ_M＝Z_MV_M，其中，

其中，v_M为上下桥臂电压的平均值，v_L为上下桥臂电压之差，z_M为上下桥臂电流平均值，z_L为上下桥臂电流之差。

5.根据权利要求1所述的基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：步骤(C)，将能量慢变子系统和电流快变子系统的方程，改写成非线性奇异摄动系统的表达式，其中，引入新的能量变量e_LI＝Cv_Mv_L，该非线性奇异摄动系统的表达式，由v_M和v_L的能量微分方程，电流微分方程和负载方程组成。

6.根据权利要求1所述的基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：步骤(D)，根据拓扑对称性列出三相模块化多电平变流器的系统方程，并将变量转换到静止坐标系αβ坐标中，简化该系统方程的表达式，该坐标变换矩阵为，

该坐标变换矩阵能够将三相模块化多电平变流器的系统方程转化到静止坐标系αβ坐标内。

7.根据权利要求1所述的基于奇异摄动的模块化多电平变流器的建模控制方法，其特征在于：步骤(E)，根据非线性奇异摄动系统的不同时间尺度特性，将电流快变子系统的稳态解带入能量慢变子系统，其中，电路桥臂的等效电感L和互感M可视为系统摄动参数ε₀，L+M＝ε₀，0＜ε₀＜＜1，从而求解出流快变子系统的稳态解。