基于mmc拓扑结构的统一潮流控制器的谐波分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于MMC拓扑结构的统一潮流控制器的谐波分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的进步及高压大功率全控型器件（如IGBT)的成熟，其在高 压输电网中的应用越来越多，这些器件的应用大大提高了电网运行控制的灵活性。其中 UPFC(Unified Power Flow Controller，统一潮流控制器）代表了目前柔性交流输电技术 的最高水平，通过对换流器的控制实现线路有功和无功功率的准确调节，提高输送能力及 阻尼系统振荡，提高电网输送能力和安全稳定水平。
[0003] 近年来，柔性输电技术取得很大发展，其换流器技术从两电平、三电平等拓扑发展 到MMC (Modular Multilevel Converter，模块化多电平）拓扑，MMC的模块化结构使其可扩 展性强，这也使柔性输电技术向高电压大功率输电领域进行推广，MMC结构如图1所示。
[0004] 目前，MMC换流器控制通常采用载波移向正弦脉宽调制、最近电平逼近调制等调制 技术，可有效降低器件开关频率、输电电压电流谐波含量。特别是最近电平逼近调制策略， 通过从换流器所能生成的电平中选择与调制波采样值最接近的作为控制指令，并触发相应 数目的子模块产生所需的电平输出，控制原理及实现简单，其应用于子模块数（电平数）较 高的柔性交流直流输电场合，无需借助高频调制方式减小输出电压的谐波含量，能显著降 低器件开关频率和损耗。在柔性直流输电中，单个桥臂通常采用上百个子模块级联，且正常 运行时交流侧电压在系统额定电压附件，换流器输出交流电压谐波含量很低。
[0005] UPFC通过改变串联注入线路电压控制线路潮流，其结构如图2所示，理论上UPFC 的串联注入电压可以在0到额定值之间任意可调，在UPFC注入电压较小时，换流器输出电 压调制比较小，换流输出电压波形畸变严重，其中会存在相对于注入基波电压较大比例的 谐波电压，因此，开展基于MMC拓扑结构的UPFC的谐波特性分析对于UPFC及接入电网的安 全稳定运行具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供一种基于MMC拓扑结构的统一潮流控制器的谐波分析 方法，在分析MMC采用最近电平逼近调制策略的谐波特性的基础上，给出了 UPFC谐波分析 方法，为基于MMC拓扑的UPFC工程规划设计及系统运行提供理论依据和分析技术。
[0007] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0008] 基于MMC拓扑结构的统一潮流控制器的谐波分析方法，其特征在于，包括如下步 骤：
[0009] 步骤一：确定需要校核的电网运行方式、MMC桥臂子模块数量N及电压调制比m ;
[0010] 步骤二：进行基于最近电平逼近调制的MMC输出电压uvj谐波分布计算；
[0011] 步骤三：进行基于MMC拓扑结构的UPFC接入系统的谐波分析，具体包括：
[0012] 3A)基于确定的电网运行方式进行电网等值参数计算；
[0013] 3B)基于UPFC接入系统后的等值回路，计算用MMC输出电压uvj表示的系统两端 母线M、N的电压ujP u n;
[0014] 3C)计算系统电压ujP u n中各次谐波含量。
[0015] 优选，步骤二具体包括如下步骤：
[0016] 2A)根据MMC桥臂子模块数N及电压调制比m，计算前1/4周期内电平阶跃次数 Kmax，相应电平阶跃时刻对应的电角度为0 :，02，…，0K，…，0Kmax，满足
[0017]
[0018] 式中，符号U表示对向靠近零方向取整；[0019] 2B)计算MMC输出电压uv1的傅里叶级数分解如下：
[0020]
[0021]
[0022] 式中，bs为电压uvj的傅里叶分解系数，V。为MMC子模块电容电压，可认为其保持 不变，《为电网额定频率。
[0023] 2C)计算MMC输出电压uvj各次谐波含量为：
[0024]
[0025] 优选，步骤3A)基于确定的电网运行方式进行电网等值参数计算，其中参数包括： 两侧等值系统电源ejP e n、等值电感Lm和L n。
[0026] 优选，步骤3B)中，
[0027]
[0028] 式中，An、％和%满足：
[0029] 1 BjPBm 满足：
[0031；
[0032] 式中，Q为线路电感，1^为UPFC串联侧变压器等值回路的串联变压器等值电感， I为UPFC串联侧变压器变比。
[0033] 本发明利用UPFC及MMC工作及控制原理，实现了基于MMC拓扑结构的UPFC及其 接入系统的谐波分析计算方法，通过分析MMC采用最近电平逼近调制策略的谐波特性及计 算方法，给出了 UPFC接入电网后的谐波分布及其计算方法，算法实现简单，通过实验实验 室仿真模拟，验证了分析结果及计算方案的正确性，能有效的指导基于MMC拓扑的UPFC系 统谐波特性分析，可计算各种电网运行方式下，不同子模块数量及电压调制比下的电压谐 波含量及其变化规律，用于评估UPFC注入系统谐波的大小及影响，为工程规划设计及系统 运行维护提供理论依据和技术手段。
[0034] 本发明的有益效果是：在分析MMC采用最近电平逼近调制策略的谐波特性的基础 上，给出了 UPFC谐波分析方法，为基于MMC拓扑的UPFC工程规划设计及系统运行提供理论 依据和分析技术。算法实现简单，可靠性高，可用于指导工程设计和系统运行维护。
【附图说明】
[0035] 图1是MMC拓扑结构的示意图；
[0036] 图2是UPFC的结构示意图；
[0037] 图3是本发明基于MMC拓扑结构的统一潮流控制器的谐波分析的流程图；
[0038] 图4是UPFC接入后的单相等值回路；
[0039] 图5是UPFC串联侧变压器的等值回路；
[0040] 图6是考虑UPFC串联变压器的单相等值回路。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领 域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限 定。
[0042] 基于MMC拓扑结构的统一潮流控制器的谐波分析方法，如图3所示，包括如下步 骤：
[0043] 步骤一：确定需要校核的电网运行方式，如冬大/小方式（冬大：冬季能产生最大 短路电流的一种运行方式；冬小：冬季能产生最小短路电流的一种运行方式）、夏大/小方