[发明专利]MMC换流站谐波单向传递特性分析方法

摘要

一种ＭＭＣ换流站谐波单向传递特性分析方法，属于换流器技术领域。本发明的目的是提供一种为下一步柔性直流系统故障对交流系统稳定运行扰动程度研究提供技术支持的ＭＭＣ换流站谐波单向传递特性分析方法。本发明步骤是：搭建MMC换流站控制系统仿真模型；对所搭建的模型进行仿真，检测所需研究的量；运用相关度指标，对直流侧正负极母线电流进行分析；从能量泄露的角度，分析谐波从直流侧到交流侧传递能量的大小；求得相邻两点的斜率；找到的近似极值点和拐点；利用最小二乘法原理，得到谐波能量传递效率函数的分段拟合曲线。本发明可快速判断出规定频率范围内任意谐波能量从直流侧向交流侧泄露的严重程度。

主权项

1.一种MMC换流站谐波单向传递特性分析方法，其特征在于：其步骤是：步骤一、搭建MMC换流站控制系统仿真模型，在换流站直流侧正极母线添加一系列小扰动电流测试激励源：△i_{dc_p}＝i_fsin(wt)；式中添加激励源的频率范围在0～300Hz之间，i_f的小大范围为小于2％的直流侧正极母线电流；步骤二、对所搭建的模型进行仿真，检测所需研究的量，具体包括换流站直流端口处正极母线电流i_{dc_p}、负极母线电流i_{dc_n}和交流端口处电流i_ac，提取稳态过程中的幅值和相位信息；步骤三、运用相关度指标，对直流侧正负极母线电流进行分析,设任意两电流信号i₁(wt)与i₂(wt),两信号的相关度指标ρ为:其中,T为对信号进行考察的时间段,一般可取为待分析信号的一周期，分析式(1)可知:相关度指标越大,表示2个信号相似度越高，ρ的取值范围为：0≤ρ≤100，当ρ＝0时,2个信号相似度最低；当ρ＝100时,2个信号相似最高,即波形全一致；根据任意两电流信号i₁(wt)与i₂(wt)的相关度ρ，表1 MMC换流站直流侧正负极母线电流相关度信息；设定ρ的门槛值ρ_set为99.99,当测得的换流站直流侧正负极母线谐波电流的相似度ρ≤ρ_set时，进行步骤四操作；表1为MMC换流站直流侧正负极母线电流相关度信息步骤四、从能量泄露的角度，分析谐波从直流侧到交流侧传递能量的大小；用对应频率谐波信号的幅值变化量来表示谐波能量的变化，即式(2)中，As为小扰动电流测试激励源的幅值，Av为换流站交流侧检测到的对应谐波的幅值；步骤五，将采样点按顺序排列并命名为K1、K2、…Kn，求得相邻两点的斜率K12、K23、…K(n‑1)n,把相邻三个采样点的能量传递效率值作为一组数据窗口，找到极值点和所有拐点；步骤五一、若K12与K23同号，则采样点K1、K2、K3中没有极值点；若K12与K23异号，则采样点K2为近似极值点；步骤五二、将数据窗口向后移一位，此时数据窗口内的采样点为K2、K3、K4；近似极值判断的方法同步骤五一；若K23、K34同号，则当|K12|<|K23|时，如果|K34|<|K23|,那么K3为拐点；当|K12|>|K23|时，如果|K34|>|K23|,那么K3为拐点；步骤五三、重复步骤五二，找到所有拐点；步骤六、根据步骤五找到的近似极值点和拐点，进一步确定谐波能量传递效率的精确极值点，继而确定谐波能量传递效率函数的频率分段区间；步骤六一，根据近似极值点和拐点，以相邻的近似极值点和拐点确定频率分段区间(a,b)；步骤六二，求区间(a,b)的中点频率c；步骤六三，采样得到频率c谐波信号的能量传递效率l(c),(1)若能量传递效率l(a)>l(b)，则当l(c)>l(a)且|l(c)‑l(a)|<0.01时，确定频率c为(a,b)之间的一个精确极值点，否则重新确定频率分段区间(a,c)、(c,b)，重复步骤六二、步骤六三；当l(c)<l(b)且|l(c)‑l(b)|<0.01时，确定频率c为(a,b)之间的一个精确极值点,否则重新确定频率分段区间(a,c)、(c,b)，重复步骤六二、步骤六三；当l(a)>l(c)>l(b)时，重新确定频率分段区间(a,c)、(c,b)，重复步骤六二、步骤六三；(2)若能量传递效率l(a)<l(b)，则当l(c)<l(a)时|l(c)‑l(a)|<0.01时，确定频率c为(a,b)之间的一个精确极值点,否则重新确定频率分段区间(a,c)、(c,b)，重复步骤六二、步骤六三；当l(c)>l(b)时|l(c)‑l(b)|<0.01时，确定频率c为(a,b)之间的一个精确极值点，否则重新确定频率分段区间(a,c)、(c,b)，重复步骤六二、步骤六三；当l(a)<l(c)<l(b)时，重新确定频率分段区间(a,c)、(c,b)，重复步骤六二、步骤六三；步骤六四、根据步骤六一、步骤六二、步骤六三获得的精确极值点和步骤五获得的拐点，确定频率分段区间；步骤七、利用最小二乘法原理，得到谐波能量传递效率函数的分段拟合曲线，谐波能量传递效率的数学模型为：频率x的范围为0～25Hz时，f(x)＝p1*x³+p2*x²+p3*x+p4其中，p1＝‑2.318×10^‑5，p2＝‑0.0001257，p3＝0.01155，p4＝0.8116；当频率x的范围为26～60Hz时，f(x)＝p1*x⁵+p2*x⁴+p3*x³+p4*x²+p5*x+p6其中，p1＝‑1.736×10^‑7，p2＝3.793×10^‑5，p3＝‑0.003281，p4＝0.1401，p5＝‑2.935，p6＝24.73；当频率x的范围为61～100Hz时，f(x)＝p1*x⁸+p2*x⁷+p3*x⁶+p4*x⁵+p5*x⁴+p6*x³+p7*x²+p8*x+p9其中，p1＝‑4.674×10^‑11，p2＝3.051×10^‑8，p3＝‑8.86×10^‑6，p4＝0.001409，p5＝‑0.1423，p6＝9.172，p7＝‑368.2，p8＝8420，p9＝‑8.394×10⁴；当频率x的范围为101～300Hz时，f(x)＝p1*x+p2其中，p1＝4.691×10^‑5，p2＝0.9882。