一种用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法与流程

技术特征：

1.一种用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立MMC数模混合仿真等效模型；

步骤2：分析第一MMC数模混合仿真功率接口系统稳定性；

步骤3：分析第二MMC数模混合仿真功率接口系统稳定性；

步骤4：对第二MMC数模混合仿真功率接口系统稳定性进行仿真验证。

2.根据权利要求1所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述步骤1中，MMC数模混合仿真等效模型包括MMC数模混合仿真数字侧等效模型、第一MMC数模混合仿真功率接口系统和MMC数模混合仿真物理侧等效模型；MMC数模混合仿真数字侧等效模型通过第一MMC数模混合仿真功率接口系统与MMC数模混合仿真物理侧等效模型连接。

3.根据权利要求2所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述MMC数模混合仿真数字侧等效模型包括串联的理想电压源、数字侧等效电阻R₁和数字侧等效电感L₁；

所述MMC数模混合仿真物理侧等效模型包括串联的物理侧等效电阻R₂、物理侧等效电容C₂和物理侧等效电感L₂，分别表示为：

$R_2=\frac{N}{2}{R}_0$

$C_2=\frac{2}{N}{C}_0$

L₂＝L_L+L_T

其中，N为MMC稳定运行时单相上下桥臂均处于投入状态的子模块个数之和；R₀为MMC子模块处于投入状态时的等效电阻；C₀为MMC子模块处于投入状态时的等效电容；L_T为换流变漏抗；L_L为等效桥臂电感，且L_L＝L₀，L₀为单相上/下桥臂电抗。

4.根据权利要求2所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述第一MMC数模混合仿真功率接口系统包括放大设备和采样设备；所述放大设备为电压型功率放大器，所述采样设备包括A/D转换器和D/A转换器；

数字侧端口电压通过D/A转换器进行D/A转换并通过电压型功率放大器放大，再送往物 理侧受控电压源为前向通道；物理侧端口电流经过A/D转换器进行A/D转换后送往数字侧受控电流源为反馈通道。

5.根据权利要求2所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述步骤2中，MMC数模混合仿真数字侧等效模型和MMC数模混合仿真物理侧等效模型在拉普拉斯频域下的阻抗分别用Z₁(s)和Z₂(s)表示，有：

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_1\left(s\right)=R_1+L_{1}s\\ Z_2\left(s\right)=R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2s}}\end{array}\right.$

其中，R₁为数字侧等效电阻，L₁为数字侧等效电感；R₂为物理侧等效电阻，C₂为物理侧等效电容，L₂为物理侧等效电感；

理想情况下，T_VA(s)和T_c(s)近似为1，于是可得第一MMC数模混合仿真功率接口系统的开环传递函数G₀(s)，有：

$G_0\left(s\right)=\frac{Z_1\left(s\right)}{Z_2\left(s\right)}{e}^{-T_{d}s}$

其中，T_d为第一MMC数模混合仿真功率接口系统总延时，且T_d＝T_d1+T_d2，T_d1表示前向通道的延时，T_d2表示反馈通道的延时；

于是得到第一MMC数模混合仿真功率接口系统的闭环特征方程式为1+G₀(s)＝0，即：

$1+\frac{Z_1\left(s\right)}{Z_2\left(s\right)}{e}^{-T_{d}s}=0$

为了简化分析，利用一阶Pade近似原理对进行近似处理，有：

$e^{-T_{d}s}\≈\frac{1-\frac{T_{d}s}{2}}{1+\frac{T_{d}s}{2}}=\frac{a-s}{a+s}$

其中，a为由T_d决定的变量，a>0且a＝1/T_d；

于是可得第一MMC数模混合仿真功率接口系统的特征方程式为：

(L₂-L₁)C₂s³+(R₂-R₁+aL₁+aL₂)C₂s²+[1+a(R₁+R₂)C₂]s+a＝0

利用Routh判据对第一MMC数模混合仿真功率接口系统的特征方程式进行稳定性分析， 列写Routh阵列表，令Routh阵列表第一列元素为正可以得到满足第一MMC数模混合仿真功率接口系统稳定性的阻抗匹配条件，有：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_2>L_1\\ a>\frac{R_1-R_2}{L_1+L_2}\\ a^2(R_1+R_2)(L_1+L_2)C_2+a(2L_1+R_2^2{C}_2-R_1^2{C}_2)+(R_2-R_1)>0\end{array}\right..$

6.根据权利要求4所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述步骤3中，在第一MMC数模混合仿真功率接口系统的反馈通道末端加入延时补偿模块，形成第二MMC数模混合仿真功率接口系统。

7.根据权利要求6所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：第二MMC数模混合仿真功率接口系统的开环传递函数用G′₀(s)表示，有：

$G_0^{\′}\left(s\right)=G\frac{1+T_{1}s}{1+T_{2}s}\·\frac{Z_1\left(s\right)}{Z_2\left(s\right)}{e}^{-T_{d}s}$

其中，G为延时补偿模块的比例系数，T₁和T₂为延时补偿模块的时间变量，T_d为MMC数模混合仿真功率接口总延时，且T_d＝T_d1+T_d2，T_d1表示前向通道的延时，T_d2表示反馈通道的延时；

同理利用Routh判据可得满足第二MMC数模混合仿真功率接口系统稳定的必要条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_2{T}_2>L_1{T}_1\\ a>\frac{L_1-L_2+R_1{T}_1-R_2{R}_2}{L_1{T}_1+L_2{T}_2}\end{array}\right.$

其中，L₁为数字侧等效电感，R₁为数字侧等效电阻，L₂为物理侧等效电感，R₂为物理侧等效电阻；a为由T_d决定的变量，a>0且a＝1/T_d。

8.根据权利要求7所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特征在于：所述步骤4中，在电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD中搭建基于电压型理想变压器算法解耦实现工作于STATCOM模式下的MMC数模混合仿真等效模型；通过调整数字侧等效参数和物理侧等效参数，完成第一MMC数模混合仿真功率接口系统稳定性对应阻抗匹配条件的正确性和合理性的验证，并通过调整数字侧等效参数、物理侧等效参数和延时补偿参数，完成第二MMC数模混合仿真功率接口系统稳定性对应阻抗匹配条件的正确性和合理性的验证。

9.根据权利要求8所述的用于补偿MMC数模混合仿真功率接口系统延时的方法，其特 征在于：所述数字侧等效参数包括数字侧等效电阻R₁的阻值和数字侧等效电感L₁的电感值；

所述物理侧等效参数包括物理侧等效电阻R₂的阻值、物理侧等效电容C₂的容值和物理侧等效电感L₂的电感值；

所述延时补偿参数包括延时补偿模块的比例系数G、延时补偿模块的时间变量T₁和T₂。