CN110752604B - 一种mmc交直流侧谐波耦合传递分析方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及***，涉及变流器谐波耦合与调制技术领域，方法主要工作是建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。***主要包括谐波电流检测单元、第一分析处理单元、第二分析处理单元。本发明建立了MMC交流侧和直流侧等效电路模型，能够定性分析各相序谐波在模块化多电平变流器的内部耦合过程及其交直流侧谐波传递规律，能应用于分析和解决模块化多电平变流器的谐波不稳定问题。

Description

一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及***
技术领域
本发明涉及变流器谐波耦合与调制技术领域，具体涉及一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及***。
背景技术
模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有较低的开关损耗，较高的等效开关频率，输出波形好，谐波含量低，模块化的设计易于拓展及增大容量等特点。近年来，其在高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)领域获得了越来越多的关注。但是，换流器器件由于具有非线性的特点，将会在交直流***中产生谐波量，这些谐波甚至会影响***的稳定性。因此，对MMC内部的谐波耦合关系，交直流侧的谐波变换规律进行分析，对研究MMC-HVDC的谐波不稳定性具有十分重要的意义。
目前，国内外对于MMC的研究主要集中在MMC的桥臂环流产生机理及抑制，子模块电容电压均衡，控制策略，桥臂电压耦合机理等方面。国内外对于两电平和三电平电压源换流器(voltage source converter，VSC)的谐波研究已较为成熟，但对于MMC的交直流侧谐波变换研究还较为不足。因此，具有普遍适用性的MMC交直流侧谐波传递规律需要进一步的研究。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法及***，能够定性分析各相序谐波在模块化多电平变流器的内部耦合过程及其交直流侧谐波传递规律，能应用于分析和解决模块化多电平变流器的谐波不稳定问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
步骤1：获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；
步骤2：建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型；
步骤3：基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，分别建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；
步骤4：建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，在步骤2中，通过以下方法获得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型：
根据MMC的工作原理，MMC上下桥臂的电压波动可表示为：
Figure GDA0002442262690000021
其中，Spj与Snj分别为上下桥臂的开关函数；ipj与inj分别为上下桥臂电流；N为各桥臂子模块总数；C为子模块电容值；
j相上下桥臂电流可表示为：
Figure GDA0002442262690000022
其中，ij为j相交流侧电流；icomj为j相直流侧电流；
j相上下桥臂开关函数可以表示为：
Figure GDA0002442262690000023
其中，m0,ω0,γj0分别为j相调制波的调制度，角频率(基频)和相角；
令j相差模电压波动与共模电压波动分别为：
Figure GDA0002442262690000024
Δucomj＝Δupj+Δunj.
则可得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：
Figure GDA0002442262690000025
其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，
在步骤1中，获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik，并将其分别表示为：
ih＝Ihcos(ωht+θh)
ik＝Ikcos(ωkt+θk)
其中，Ih,ωh,θh分别为交流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；Ik,ωk,θk分别为直流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；
在步骤3中：当交流侧存在谐波电流ih时，使ij＝ih即可得到与谐波电流ih有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000031
Figure GDA0002442262690000032
当交流侧存在谐波电流ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波电流ik有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000033
Figure GDA0002442262690000034
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，
在步骤4中，根据MMC拓扑结构，采用KCL基尔霍夫电流定律及KVL基尔霍夫电压定律方法分析，则可得到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：
Figure GDA0002442262690000035
Figure GDA0002442262690000036
可将上述式子等效为：
Figure GDA0002442262690000041
Figure GDA0002442262690000042
其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；udiffj与ucomj分别为j相差模电压与共模电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，
将差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，还包括判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，
j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：
①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；
②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；
③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，进一步地，将经过MMC调制过程的得到的MMC交直流侧新产生的谐波电流作为步骤1中的输入量进行下一次调制过程，即可得到下一次调制过程在交直流侧新产生的谐波。
一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，其包括
谐波电流检测单元，用于获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；
第一分析处理单元，用于建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，并基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；
第二分析处理单元，用于建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系；
显示单元，用于显示MMC交直流侧的谐波频率；
在第一分析处理单元中，j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：
Figure GDA0002442262690000051
其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)；
当交流侧存在谐波电流ih时，使ij＝ih即可得到与谐波电流ih有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000052
Figure GDA0002442262690000061
当交流侧存在谐波电流ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波电流ik有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000062
Figure GDA0002442262690000063
在第二分析处理单元中，到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：
Figure GDA0002442262690000064
Figure GDA0002442262690000065
其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；udiffj与ucomj分别为j相差模电压与共模电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，进一步地，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系为：
将差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。
如上所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，进一步地，还包括共模电流谐波频率判断单元，共模电流谐波频率判断单元用于判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，
j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：
①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；
②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；
③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明建立了MMC交流侧和直流侧等效电路模型，能够定性分析各相序谐波在模块化多电平变流器的内部耦合过程及其交直流侧谐波传递规律，能应用于分析和解决模块化多电平变流器的谐波不稳定问题。
附图说明
图1为本发明的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法的流程图；
图2为本发明实施例的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法的流程图；
图3为本发明实施例的MMC交直流侧谐波耦合传递分析***的原理图；
图4为交流到直流侧谐波变换仿真结果；
图5为桥臂参数对称时直流到交流侧谐波变换仿真结果；
图6为桥臂参数不对称时直流到交流侧谐波变换仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
步骤1：获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik。
在步骤1中，获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik，并将其分别表示为：
ih＝Ihcos(ωht+θh) (1)
ik＝Ikcos(ωkt+θk) (2)
其中，Ih,ωh,θh分别为交流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；Ik,ωk,θk分别为直流侧谐波电流的幅值，角频率和相角。
步骤2：建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型。
根据MMC的工作原理，MMC上下桥臂的电压波动可表示为：
Figure GDA0002442262690000081
其中，Spj与Snj分别为上下桥臂的开关函数；ipj与inj分别为上下桥臂电流；N为各桥臂子模块总数；C为子模块电容值；
j相上下桥臂电流可表示为：
Figure GDA0002442262690000082
其中，ij为j相交流侧电流；icomj为j相直流侧电流；
j相上下桥臂开关函数可以表示为：
Figure GDA0002442262690000083
其中，m0,ω0,γj0分别为j相调制波的调制度，角频率(基频)和相角；
令j相差模电压波动模型与共模电压波动模型分别为：
Figure GDA0002442262690000084
Δucomj＝Δupj+Δunj. (7)
则可得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：
Figure GDA0002442262690000091
其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)。
步骤3：基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，分别建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj。
在步骤3中：
当交流侧存在谐波电流ih时，使ij＝ih即可得到与谐波电流ih有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000092
Figure GDA0002442262690000093
当交流侧存在谐波电流ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波电流ik有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000094
Figure GDA0002442262690000095
步骤4：建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。
根据MMC拓扑结构，采用KCL基尔霍夫电流定律及KVL基尔霍夫电压定律方法分析，则可得到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：
Figure GDA0002442262690000101
Figure GDA0002442262690000102
可将式(13)(14)，等效为：
Figure GDA0002442262690000103
Figure GDA0002442262690000104
其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；udiffj与ucomj分别为j相差模电压与共模电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。
将差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。
将经过MMC调制过程的得到的MMC交直流侧新产生的谐波电流作为步骤1中的输入量进行下一次调制过程，即可得到下一次调制过程在交直流侧新产生的谐波。
还包括判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，具体方法如下：
设j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj分别表示为：
Figure GDA0002442262690000111
其中，A1与A2分别为开关函数与电压的幅值；ω1与ω2分别为角频率；α1(m＝1，2；j＝A，B， C)分别为电压相角。
若电压为三相对称，则三相电压相角满足关系：
Figure GDA0002442262690000112
其中，当三相为零序、正序、负序时，γm的值分别为：0、2π/3、﹣2π/3。
将Spj与uSMj相乘，根据积化和差公式可得：
Figure GDA0002442262690000113
由可得到ω1+ω2与ω1－ω2的电压，其相角分别为：α1j+α2j，α1j－α2j。
根据式（18），新电压的三相相角关系为：
Figure GDA0002442262690000114
对比式（18）与式（20）可知，当Spj与uSMj均为三相对称时，其乘积得到的两个新电压依然满足三相对称关系，但相序会发生改变。
对于角频率为ω1+ω2的电压，其三相相角差γ1+γ2满足以下关系：
Figure GDA0002442262690000115
由此可得γ1与γ2的解为：
Figure 3
对于角频率为ω1－ω2的电压，其相角分析类似。
因此，相序判断方法为：
j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：
①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；
②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；
③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。
以两端MMC-HVDC***为例进行仿真。3.5s时在交流侧加入含量为10％，频率为130Hz 的正序谐波电压，根据以上分析，经过一次调制作用后将在直流侧产生80Hz的电压波动，经过第二次调制作用后，将在直流侧产生少量的160Hz的电压波动。3.5s时在直流侧加入含量为10％，频率为1050Hz的电流谐波，由以上分析可知当桥臂参数对称时，经过一次调制作用，将在交流侧相电压中产生1000Hz和1100Hz谐波，经过第二次调制作用，将在交流侧相电压中产生少量的900Hz和1200Hz谐波。当桥臂参数不对称时，在交流侧相电压中还会存在1050Hz谐波。在PSCAD仿真平台搭建MMC-HVDC两端模型，对直流侧电压进行FFT 在线分析，分析结果如图4至图6所示。
一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，其包括
谐波电流检测单元，用于获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；
第一分析处理单元，用于建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，并基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；
第二分析处理单元，用于建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系；
显示单元，用于显示MMC交直流侧的谐波频率。
获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik，并将其分别表示为：
ih＝Ihcos(ωht+θh) (1)
ik＝Ikcos(ωkt+θk) (2)
其中，Ih,ωh,θh分别为交流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；Ik,ωk,θk分别为直流侧谐波电流的幅值，角频率和相角。
建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型。
根据MMC的工作原理，MMC上下桥臂的电压波动可表示为：
Figure GDA0002442262690000131
其中，Spj与Snj分别为上下桥臂的开关函数；ipj与inj分别为上下桥臂电流；N为各桥臂子模块总数；C为子模块电容值；
j相上下桥臂电流可表示为：
Figure GDA0002442262690000132
其中，ij为j相交流侧电流；icomj为j相直流侧电流；
j相上下桥臂开关函数可以表示为：
Figure GDA0002442262690000133
其中，m0,ω0,γj0分别为j相调制波的调制度，角频率(基频)和相角；
令j相差模电压波动与共模电压波动分别为：
Figure GDA0002442262690000134
Δucomj＝Δupj+Δunj. (7)
将式(4)、式(5)代入式(3)，并结合式(6)、式(7)，则可得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：
Figure GDA0002442262690000141
其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)。
基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，分别建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj。
当交流侧存在谐波模型ih时，使ij＝ih即可得到与谐波模型ih有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000142
Figure GDA0002442262690000143
当交流侧存在谐波电流ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波电流ik有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure GDA0002442262690000144
Figure GDA0002442262690000145
建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。
根据MMC拓扑结构，采用KCL基尔霍夫电流定律及KVL基尔霍夫电压定律方法分析，则可得到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：
Figure GDA0002442262690000151
Figure GDA0002442262690000152
可将式(13)(14)，等效为：
Figure GDA0002442262690000153
Figure GDA0002442262690000154
其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；udiffj与ucomj分别为j相差模电压与共模电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。
将差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型(即式(15)、式(16))，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。
将经过MMC调制过程的得到的MMC交直流侧新产生的谐波电流作为步骤1中的输入量进行下一次调制过程，即可得到下一次调制过程在交直流侧新产生的谐波。
还包括判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，具体方法如下：
设j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj分别表示为：
Figure GDA0002442262690000161
其中，A1与A2分别为开关函数与电压的幅值；ω1与ω2分别为角频率；α1(m＝1，2；j＝A，B， C)分别为电压相角。
若电压为三相对称，则三相电压相角满足关系：
Figure GDA0002442262690000162
其中，当三相为零序、正序、负序时，γm的值分别为：0、2π/3、﹣2π/3。
将Spj与uSMj相乘，根据积化和差公式可得：
Figure GDA0002442262690000163
由式(19)可得到ω1+ω2与ω1－ω2的电压，其相角分别为：α1j+α2j，α1j－α2j。
根据式(18)，新电压的三相相角关系为：
Figure GDA0002442262690000164
对比式(18)与式(20)可知，当Spj与uSMj均为三相对称时，其乘积得到的两个新电压依然满足三相对称关系，但相序会发生改变。
对于角频率为ω1+ω2的电压，其三相相角差γ1+γ2满足以下关系：
Figure GDA0002442262690000165
由此可得γ1与γ2的解为：
Figure 4
对于角频率为ω1－ω2的电压，其相角分析类似。
因此，相序判断方法为：
j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：
①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；
②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；
③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；
步骤2：建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型；
步骤3：基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，分别建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；
步骤4：建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系。
2.根据权利要求1所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，在步骤2中，通过以下方法获得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型：
根据MMC的工作原理，MMC上下桥臂的电压波动可表示为：
Figure FDA0002442262680000011
其中，Spj与Snj分别为上下桥臂的开关函数；ipj与inj分别为上下桥臂电流；N为各桥臂子模块总数；C为子模块电容值；
j相上下桥臂电流可表示为：
Figure FDA0002442262680000012
其中，ij为j相交流侧电流；icomj为j相直流侧电流；
j相上下桥臂开关函数可以表示为：
Figure FDA0002442262680000013
其中，m0,ω0,γj0分别为j相调制波的调制度，角频率(基频)和相角；
令j相差模电压波动与共模电压波动分别为：
Figure FDA0002442262680000014
Δucomj＝Δupj+Δunj.
则可得j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：
Figure FDA0002442262680000021
其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)。
3.根据权利要求2所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，
在步骤1中，获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik，并将其分别表示为：
ih＝Ih cos(ωht+θh)
ik＝Ik cos(ωkt+θk)
其中，Ih,ωh,θh分别为交流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；Ik,ωk,θk分别为直流侧谐波电流的幅值，角频率和相角；
在步骤3中：
当交流侧存在谐波电流ih时，使ij＝ih即可得到与谐波电流ih有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure FDA0002442262680000022
Figure FDA0002442262680000023
当交流侧存在谐波电流ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波电流ik有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure FDA0002442262680000024
Figure FDA0002442262680000031
4.根据权利要求3所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，
在步骤4中，根据MMC拓扑结构，采用KCL基尔霍夫电流定律及KVL基尔霍夫电压定律方法分析，则可得到MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：
Figure FDA0002442262680000032
Figure FDA0002442262680000033
可将上述式子等效为：
Figure FDA0002442262680000034
Figure FDA0002442262680000035
其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；udiffj与ucomj分别为j相差模电压与共模电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。
5.根据权利要求4所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，
将差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj代入式MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。
6.根据权利要求5所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，还包括判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，
相序判断方法为：
j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：
①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；
②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；
③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。
7.根据权利要求6所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析方法，其特征在于，将经过MMC调制过程的得到的MMC交直流侧新产生的谐波电流作为步骤1中的输入量进行下一次调制过程，即可得到下一次调制过程在交直流侧新产生的谐波。
8.一种MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，其特征在于，包括
谐波电流检测单元，用于获取MMC交流侧谐波电流ih或直流侧谐波电流ik；
第一分析处理单元，用于建立j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，并基于j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型，建立当交流侧存在所述交流侧谐波电流ih或所述直流侧谐波电流ik时的差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj；
第二分析处理单元，用于建立MMC交流侧和直流侧等效电路模型，将所述差模电压波动模型Δudiffj与所述共模电压波动模型Δucomj代入MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系；
显示单元，用于显示MMC交直流侧的谐波频率；
在第一分析处理单元中，j相差模电压波动与共模电压波动的通用模型为：
Figure FDA0002442262680000051
其中，Sj＝m0cos(ω0t+γj0)；
当交流侧存在谐波电流ih时，使ij＝ih即可得到与谐波电流ih有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure FDA0002442262680000052
Figure FDA0002442262680000053
当交流侧存在谐波电流ik时，使icomj＝ik即可得到与谐波电流ik有关的共模电压波动模型与差模电压波动模型：
Figure FDA0002442262680000054
Figure FDA0002442262680000055
在第二分析处理单元中，MMC交流侧和直流侧等效电路模型分别为：
Figure FDA0002442262680000056
Figure FDA0002442262680000057
其中，uj与Udc分别为交流侧相电压与直流侧电压；LSp与LSn分别为上下桥臂电感；udiffj与ucomj分别为j相差模电压与共模电压；RSp与RSn分别为上下桥臂电阻。
9.根据权利要求8所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，其特征在于，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系为：
将差模电压波动模型Δudiffj与共模电压波动模型Δucomj代入式MMC交流侧和直流侧等效电路模型，获得经过调制过程后的桥臂参数对称与桥臂参数不对称时，交直流侧谐波电流ih与ik在MMC交直流侧的传递关系：
a、当桥臂参数对称时，交流侧电流谐波不会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也不会直接传递到交流侧；在直流侧新产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0；
b、当桥臂参数不对称时，交流侧电流谐波会直接传递到直流侧，直流侧电流谐波也会直接传递到交流侧；在直流侧产生的电流谐波频率与共模电压波动模型Δucomj的谐波频率和交流侧电流谐波频率相同；在交流侧新产生的电流谐波频率与差模电压波动模型Δudiffj的谐波频率和直流侧电流谐波频率相同；
①、当交流侧存在谐波电流ih时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωh±2ω0，ωh±ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωh±ω0，ωh±2ω0，ωh；
②、当直流侧存在谐波电流ik时，经过一次调制过程，交流侧电流中新产生的谐波频率为：ωk±ω0，ωk±2ω0；直流侧共模电流中新产生的谐波频率为：ωk±2ω0，ωk±ω0，ωk。
10.根据权利要求8所述的MMC交直流侧谐波耦合传递分析***，其特征在于，还包括共模电流谐波频率判断单元，所述共模电流谐波频率判断单元用于判断经过MMC调制过程新产生的共模电流谐波频率的相序是否为零序，若是零序，则零序共模谐波电流会进入直流线路中，
j相上桥臂开关函数Spj与桥臂子模块uSMj均为三相对称时，其乘积得到的角频率分别为ω1+ω2、ω1－ω2的电压u(ω1+ω2)、u(ω1－ω2)相序与Spj、uSMj的相序关系为：
①、Spj、uSMj其中一个为零序，u(ω1+ω2)相序与另一个相序相同，u(ω1－ω2)相序与另一个相序相反；
②、Spj、uSMj相序相同，u(ω1+ω2)相序与Spj、uSMj相序相同，u(ω1－ω2)为零序；
③、Spj、uSMj相序相反，u(ω1+ω2)为零序，u(ω1－ω2)相序与uSMj相序相同。
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