[发明专利]基于MMC的分布式潮流控制器的控制系统及建模方法

摘要

本发明公开了一种基于MMC的分布式潮流控制器的电磁暂态数学模型、控制系统及建模方法，分布式潮流控制器包括由并联侧基于MMC的三相变流器与并联侧单相变流器组成的并联侧变流器，以及由多组串联侧单相变流器构成的串联侧变流器；电磁暂态数学模型主要包括并联侧变流器模型和串联侧变流器模型；控制系统包括并联侧控制模型和串联侧控制模型，并联侧控制模型包括并联侧基于MMC的三相变流器控制模块和并联侧单相变流器控制模块，串联侧控制模型包括串联侧三次谐波控制模块和串联变流器有功功率无功功率控制模块。本发明电磁暂态数学模型采用模块化设计，降低子模块开关频率，降低损耗；控制系统适应不同电压等级，适用于柔性交流输电场合。

主权项

1.基于MMC的分布式潮流控制器的电磁暂态数学模型描述方法，该分布式潮流控制器包括由并联侧基于MMC的三相变流器与并联侧单相变流器组成的并联侧变流器，以及由多组结构相同的串联侧单相变流器构成的串联侧变流器，其特征在于，所述电磁暂态数学模型主要包括并联侧变流器模型和串联侧变流器模型：串联侧变流器模型中，多组串联侧单相变流器分布化布置于输电线路中，吸收并联侧输出的三次谐波有功功率维持自身电容电压恒定，串联侧单相变流器的直流侧电容电流I_dcse与直流侧电容电压V_dcse以及串联侧电容C_se关系表示如下：C_sedV_dcse/dt＝I_dcse    (1)串联侧单相变流器的交流侧基波电流电压与三次谐波电流电压共存，并共同作用于直流电容电流，因此又有I_dcse＝(1/m_se,1+1/m_se,3)(I₁+I₃)    (2)式(2)中，m_se,1是基波电压的调制比，m_se,3是三次谐波电压的调制比，I₁是交流侧基波电流，I₃是三次谐波电流；将(2)式代入式(1)，得C_sedV_dcse/dt＝(1/m_se,1+1/m_se,3)(I₁+I₃)    (3)经abc→dq派克变换，得直流侧电容电压V_dcse如下式式(4)中θ为输电线路送电端电压的相角θ_s与串联侧变流器触发相角的差，m_se1d是串联侧基波电压d轴分量调制比，m_se1q是串联侧基波电压q轴分量调制比，m_se3d是串联侧三次谐波电压d轴分量调制比，m_se3q是串联侧三次谐波电压q轴分量调制比，I_1,d是基波电流d轴分量，I_1,q是基波电流q轴分量，I_3,d是三次谐波电流d轴分量，I_3,q是三次谐波电流q轴分量；由傅立叶原理，不同频次谐波乘积为零，式(4)写为V_dcse＝(1/2)∫((1/m_se1dI_1,d+1/m_se1qI_1,q)+(1/m_se3dI_3,d+1/m_se3qI_3,q))dt    (5)并联侧变流器模型中，并联侧基于MMC的三相变流器交流侧经变压器T_sh与交流母线相连接，并联侧基于MMC的三相变流器的三相各桥臂电路均由N个子模块串接而成，其中子模块均采用半桥结构；并联侧单相变流器采用传统DC/AC电路拓扑，并联侧单相变流器的直流侧与并联侧基于MMC的三相变流器耦合，并联侧单相变流器的交流侧与交流电网中Y‑△变压器Ts的Y侧中性点接地线路串联耦合，并联侧单相变流器输出的三次谐波电流为式(6)中，是并联侧单相变流器输出的三次谐波电流，L_sh3是等效电感，是并联侧单相变流器输出的三次谐波电压；且有V_sh3＝m_sh3V_dcsh    (7)V_dcsh是并联侧基于MMC的三相变流器的直流侧电压，m_sh3是并联侧单相变流器交直流两侧电压调制比；对于并联侧基于MMC的三相变流器，令i＝a、b、c，则abc坐标系下并联侧基于MMC的三相变流器的交流侧电流表示为：式中，表示并联侧基于MMC的三相变流器单相的下桥臂电流，表示并联侧基于MMC的三相变流器单相的上桥臂电流；又根据电容电流电压之间的关系，得出：式中C_sh,sm表示子模块电容值；V_sh,sm,up表示上桥臂投入的子模块的电容电压；V_sh,sm,down表示下桥臂投入的子模块的电容电压；将式(9)、式(10)代入式(8)中，得：对于N+1电平，有：式中，K_i为上桥臂第i个子模块的运行状态，K_i＝0时子模块旁路，K_i＝1时子模块投入；K_j为下桥臂第j个子模块的运行状态，K_j＝0时子模块旁路，K_j＝1时子模块投入；V_sh,sm,i表示上桥臂的电容电压，i＝1，2…N/2；V_sh,sm,j表示下桥臂的电容电压，j＝1，2…N/2；式(12)也表示成：