[发明专利]混合型MMC状态空间模型的混合型MMC小信号模型的建模方法

说明书

本发明公开了一种混合型MMC状态空间模型、稳态解析模型和小信号模型的建模方法，属于电力系统输配电技术领域。状态空间模型包括：推导各相上、下桥臂调制信号和输出电压参考值，以获得静止坐标系下的电路动态模型，并通过坐标变化得到混合型MMC在旋转坐标系下的动态相量模型。稳态解析模型包括：基于状态空间模型，推导稳态解析模型，并分析多种约束条件下稳态解析模型的求解方法。小信号模型包括：推导桥臂子模块电容总电压和桥臂环流的小信号模型，整合得到开环控制的小信号模型，并在考虑控制系统的基础上，推导闭环控制的小信号模型。本发明适用于交流系统和直流网络联合建模，以及混合型MMC的工程设计和运行特性分析。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术，更具体地，涉及一种基于混合型MMC状态空间模型的混合型MMC小信号模型的建模方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)具有模块化结构、易于拓展等优点，在柔性直流输电领域得到了广泛的应用。在各类MMC拓扑中，基于半桥型子模块(Half bridge sub-module，HBSM)和全桥型子模块(Full bridge sub-module，FBSM)的混合型MMC具备交直流解耦控制能力，能不闭锁穿越直流故障，在架空线柔性直流输电领域具有广阔的应用前景。

目前，对于混合型MMC模型的研究大多针对的子模块比例设计、桥臂子模块能量均衡控制和直流故障穿越控制等方面展开研究，鲜有涉及混合型MMC的解析建模。在混合型MMC子模块比例设计方面，有人根据最大调制比和直流故障期间无功功率控制需求，提出了确定混合型MMC桥臂子模块最小数量和FBSM的最小数量的方法。在混合型MMC运行控制方面，有人针对整流站采用LCC，逆变站采用混合型MMC的混合直流输电系统，分析了FBSM的选取原则，并通过控制直流电流实现直流故障穿越。

而现有关于MMC的解析建模与稳态特性研究，大多以桥臂全部采用HBSM的半桥型MMC为研究对象。而混合型MMC在桥臂中引入了可输出负电平的FBSM，其拓扑构成与半桥型MMC有较大差别；混合型MMC在桥臂调制信号中引入了直流调制比，可运行于低直流电压甚至负直流电压。低直流电压下运行时，还需要避免单向桥臂电流导致半桥子模块无法正常均压。因此混合型MMC的调制和控制策略均与半桥型MMC有很大不同，无法将半桥型MMC的解析模型直接应用于混合型MMC，有必要对混合型MMC解析模型与运行特性进行研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于混合型MMC状态空间模型的混合型MMC小信号模型的建模方法，其目的在于提出了一种考虑混合型MMC内部电气动态和调制信号的状态空间模型，并基于状态空间模型推导了混合型MMC的稳态解析模型和小信号模型，为定量研究换流器运行特性、换流站主回路参数设计和主回路状态计算等方面提供了理论基础。

为实现上述目的，本发明提供了一种混合型MMC状态空间模型的建模方法，所述方法具体包括以下步骤：

(1)根据混合型MMC的基本控制原理推导各相上/下桥臂调制信号和输出电压参考值的表达式；

(2)根据半桥型MMC动态模型推导静止坐标系下混合型MMC的单相电路动态模型；

(3)对步骤(2)得到静止坐标系下的动态模型进行派克变换，得到混合型MMC在旋转坐标系下的动态相量模型。

进一步地，所述步骤(1)具体包括：

(11)混合型MMC的上/下桥臂的调制信号m_p和m_n可以表示为：

其中，m_dc表示直流调制信号，m表示基频交流调制信号，m_diff表示二倍频交流调制信号；