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专利号: 2019108454310
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种MMC分布式控制系统中最优同步时间确定方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:构建MMC分布式控制系统同步时间模型:A、构建输出电压总谐波失真THD的运行标准模型:根据模块化多电平变流器MMC的电路原理,输出相电压表达式为:式中,uo表示输出相电压,so表示输出开关函数,Udc表示直流侧电压,N表示单个桥臂子模块个数;其中输出开关函数so建模为:式中,φ=kωct+nωot,uo*表示标幺化的输出电压,Jn表示贝塞尔函数,ωc表示模块化多电平变流器三角载波的角频率,ωo表示模块化多电平变流器调制波的角频率,xu表示上桥臂载波频率偏差的标幺值,xl表示下桥臂载波频率偏差的标幺值,k表示载波次谐波,n表示基波次谐波,σ表示频率偏差的标准差的标幺值,其大小从晶振的标称偏差中读取,即被定义为σ=ferr/2×10-6;

由(2)式中可以看出,输出开关函数的谐波含量随时间的增加而增加,根据IEEE-519标准,谐波THD最高需要计算至50次谐波,计算公式为:式中,V1代表基波幅值,Vn,n>1,代表n次谐波幅值,对开关函数谐波进行计算,由于谐波只选取到50*50=2500Hz,且载波频率fs=1000Hz,所以在THD计算时只计算至k=2即可,根据IEEE-519标准,电力系统中输出电压的THD需要保证在5%以内,结果如下:式中,sh表示式中除去Nuo*/2的谐波部分,m表示给定调制波的调制系数;

B、构建单个子模块电容电压偏差模型:

为了分析MMC分布式控制系统中,子模块电容电压的运行情况,首先需要对电路的开关函数进行分析,上下桥臂的开关函数之和表示为:式中,su,sl分别表示上下桥臂的开关函数;

根据电路原理,模块化多电平变流器的环流表示为:式中,idiff表示环流,idiff_dc表示环流中的直流分量,shu和shl分别表示上桥臂和下桥臂开关函数中的谐波成分,Larm表示桥臂电感;

根据上式,得到不同步系统中桥臂电流的表达式为:式中,ωh=kωc+nωo,io表示输出相电流;根据流过单个电容电流的表达式icui=suiiu,,流过单个子模块电容的电流表示为:式中,icui表示流过第i个子模块电容的电流,sui表示第i个子模块的开关函数;因此,电流中的直流成分表示为:式中,其中Io表示输出电流幅值, 表示功率因数角;根据电容电压表达式,只有电流中的直流成分会影响电容电压直流偏差,所以单个电容电压的直流偏差表示为:式中,CSM表示单个子模块电容值;

为了保证系统的稳定运行,电容电压的偏差需要限制在一定范围内,表达式为:|ΔUCui|≤ΔUmax      (11)式中,ΔUmax表示最大额定偏差值;

C、构建电容电压均衡控制器输出模型:

根据(10)式,将不同步三角波引入桥臂电流中的直流分量视为扰动信号,对扰动进行建模,得到电流扰动量为:式中,s表示拉氏变换的复数算子;

将扰动带入电容电压均衡控制器,可知电流扰动为二阶环节,而电容电压均衡控制器系统阶次为零,所以系统输出的稳态误差为无穷大,故电容电压均衡控制器无法消除由三角波不同步引起的电容电压偏移;对经过电容电压控制器后的电容电压偏差进行分析,推导所得结果与下式中的ωf的正负有关:式中,KP_bal表示电容电压均衡控制器参数,ωx表示低通滤波器LPF的截止频率;

当ωf为正,电容电压偏差量的主要成分δUC_main表示为:当ωf为负,电容电压偏差量的主要成分δUC_main表示为:式中Ai由下式得出:

综上,电容电压均衡控制器输出表示为:

需使电容电压均衡控制器输出不超过控制器限幅值,表达式为:|ΔSbalance|≤ΔSmax        (18)式中,ΔSmax为控制器最大限幅值;

D、构建关于同步时间t的三判据模型以及约束条件:经过上述分析,MMC分布式控制系统中同步时间的选择和下列三个判据相关:判据一:输出电压THD的满足运行标准,约束条件为公式(4);

判据二:单个子模块电容电压偏差不超过系统限定范围,约束条件为公式(11);

判据三:电容电压均衡控制器输出不超过控制器限幅值,约束条件为公式(18);

步骤2:分别计算出三个判据的最大同步时间间隔,考虑到需满足所有系统稳定性要求,所以应在得出的三个同步时间间隔中选出最小值,即为最终的MMC分布式控制系统最优同步时间。