[发明专利]用于直流电压控制特性的三相并网MMC静态模型及建立方法

说明书

本发明提供一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型及建立方法，提出了并网MMC的dq旋转坐标系中的等效模型，以此为基础，分析了MMC的静态特性，分析了不同参数及幅度调制比下MMC的输出直流电压增益特性，指出MMC存在电感主导和电容主导两个在幅度调制比全范围内变化均能稳定的工作模式，而介于两种模式之间，系统电压增益方程存在极点，研究了MMC的输入功率特性，分析了电感主导模式和电容主导模式下系统直流电压下的工作范围，证实了并网MMC在一定条件下，低直流电压工作的可行性。本发明用于分析三相并网MMC在稳态时的物理特性，用系统的微分方程合并与矩阵变换简化了模型，为并网MMC的控制做了铺垫。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC静态模型及建立方法。

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2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，以及基于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。

然而，虽然并网MMC在dq旋转坐标系中的等效模型已经进行过微分方程与矩阵变化的化简处理，若直接对其进行静态特性中直流电压控制特性的分析，同样比较复杂，会耗费大量人力物力，导致应用的局限性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于直流电压控制特性的三相并网MMC稳态模型，具体为：

在系统稳态时，电感短路，电容开路，忽略等效电阻R_sac，则得到三相并网系统的稳态模型，其中稳态模型中各参数关系能写出以下方程组：

整理得