【永磁风机并网MMC换流站建模与控制分析案例2200字】

永磁风机并网MMC换流站建模与控制分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u20588永磁风机并网MMC换流站建模与控制分析案例 1185501.1风电场并网MMC换流站及阀级控制 1154271.2MMC换流站模型 1266381.3MMC换流站控制策略 41.1风电场并网MMC换流站及阀级控制如图1.8所示，为MMC换流器的拓扑结构。MMC换流器分为ABC三相，每一相均由上下两个变流桥臂构成，总计共有六个变流桥臂。每个变流桥臂由两个重要的子部分串联构成：一个是功率子模块（总共有N个），一个是电抗器。功率子模块为基于半桥的全桥变流结构。图1.8MMC的拓扑结构图Fig.1.8TopologicalstructureofMMC1.2MMC换流站模型图1.9为MMC换流站的等效电路模型。在该等效电路模型中，以一个系统交流侧的新电抗器等效MMC换流站上下桥臂的环流电抗器，从而获得abc三相等效电路，如图1.9所示。图1.9中，R为等效电阻，L为等效电感，C为等效电容。设定P为交流系统流入的有功功率，Q为交流系统流入的无功功率，为单相电压，为单相电流。本章节基于该模型分别建立了MMC换流站在三相静止坐标系及同步旋转坐标系下的数学模型。图1.9MMC换流站等效电路模型Fig.1.9EquivalentcircuitmodeloftheMMC1.2.1MMC换流站在三相静止坐标系下的数学模型假设电路开关函数为： （1.6）则各相电压满足，可建立电路回路方程为： （1.7）当MMC换流站正常运行时，满足三相对称有： （1.8）在点P处使用KCL定律有： （1.9）依据式（1.6）～式（1.9），我们可以得出在abc三相静止坐标系下，MMC-HVDC的数学模型为： （1.10）依据上式（1.10）可得，MMC-HVDC在abc三相静止坐标系下的数学模型虽然简单且容易理解，但是大量的交流变量位于这个数学模型中，造成它的控制系统难以设计。为了简化控制系统的设计，需要将MMC-HVDC在三相静止坐标系下的数学模型，通过Park变换和Clark变换，转换到两相同步旋转坐标系下。1.2.2MMC换流站在同步旋转坐标系下的数学模型三相abc静止坐标系与两相d/q同步旋转坐标系存在式（1.11）所示的转换关系： （1.11）将式（1.11）带入式（1.10）中有： （1.12）式中，对于上式1.12，进行矩阵化计算，可以得到在两相d/q同步旋转坐标系下，MMC换流站的数学模型表达式为： （1.13）交流系统流入的有功功率P和无功功率Q，两者的计算式为： （1.14）对上式（1.10）和上式（1.13）进行对比分析可得，MMC换流站在两相同步旋转坐标系下的数学模型，消除了其中大量的正弦交流变量，使用的变量直接为直流量，因此，它的控制系统设计相对比较简单。从上式（1.14）可知，在两相d/q同步旋转坐标系下，MMC换流站的数学模型实现了功率的有效解耦，有功功率P由线性表示，无功功率Q由线性表示，两者没有了耦合关系，从而便于进行功率控制。同时，使用传统的PI控制算法即可实现电流和的无静差调节。1.3MMC换流站控制策略1.3.1电流内环控制器设计由式（1.13）所示的MMC换流站在同步旋转坐标系下的数学模型有： （1.15）对上式（1.15）进行分析可得，内环电流与耦合量、控制量有关，内环电流与耦合量、控制量有关。为了消除内环电流和的耦合关系，需要将耦合量和进行前馈补偿，本文采用前馈解耦控制算法用以消除和的耦合关系和电压扰动。综上所述，电流内环控制采用传统的PI控制算法，经过方程式变换，可得控制量和的数学表达式如下式（1.16）所示。同时，依据式（1.16）可以得到电流内环解耦控制器的结构图如图1.10所示。 （1.16）图1.10电流内环解耦控制器结构图Fig.1.10Structureofthecurrentinnerloopdecouplingcontroller1.3.2外环控制器设计按照控制量信息的不同可将外环控制器分为有功量控制和无功量控制两类。在换流站运行时，每个换流站双闭环控制中的外环控制可以选择有功量控制，也可以选择无功量控制，但是两者只能取其一。外环控制主要分为有功功率控制、定直流电压控制、定频率控制、无功功率控制和定交流电压控制；其中，有功功率控制、定直流电压控制和定频率控制属于有功量控制，无功功率控制和定交流电压控制属于无功量控制。（1）定功率控制（有功量和无功量）依据1.2节的内容可知，有功功率P是由的线性关系决定的，无功功率Q是由的线性关系决定的。因此，采用PI控制算法调节和的大小，即可直接控制有功功率和无功功率的输出。进一步地，可以推导得出下式（1.17）的控制数学表达式： （1.17）外环定功率控制的控制框图，分别如图1.11和图1.12所示。图1.11有功功率控制框图Fig.1.11Blockdiagramoftheactivepowercontrol图1.12无功功率控制框图Fig.1.12Blockdiagramofthereactivepowercontrol（2）定直流电压控制（有功量）直流电压是反映直流系统功率稳定的重要参量，通常，整个MMC-HVDC系统中至少取一个换流站采用定直流电压控制。整个MMC-HVDC系统若要稳定工作，其交流系统的输入功率要等于直流系统的直流功率，其计算表达式如下： （1.18）当MMC-HVDC出现功率失衡时，直流侧的电流会发生变化，此时直流侧的电容会进行充放电动作，以维持直流电压的稳定。因此，若要改变直流电压的大小，直接对直流侧电流进行控制即可。为了更好地实现参考值的无静差跟踪，定直流电压控制也采用PI控制算法，首先直流电压的参考值与测量值作差，然后经过PI控制器和限幅环节，输出作为电流内环的参考值。定直流电压控制的控制框图如图1.13所示。图1.13定直流电压控制框图Fig.1.13ControlblockdiagramofconstantDCvoltage（3）定交流电压控制（无功量）对于MMC-HVDC控制系统而言，交流电压是一个无功量，系统无功功率的状况可以由交流电压进行反映。无功功率补偿系统、无源网络系统或者不能维持交流电压稳定的交流系统，其换流站一般采用定交流电压控制。定交流电压的控制框图如图1.14所示。图1.14定交流电压控制框图Fig.1.14ControlblockdiagramofconstantACvoltage（4）定频率控制（有功量）频率是反映直流系统功率稳定的重要参量，通常，MMC-HVDC系统不参与交流系统辅助调节。当换流站接无源网络时，此时无源网络