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专利号: 2021103765448
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模块化多电平直流变压器拓扑的动态振荡抑制方法,所述拓扑包括两组MMC桥臂,每组MMC桥臂各自包括上下两个子桥臂,且上下子桥臂各自具有N个串联的子模块,N为正整数;其特征在于,所述动态振荡抑制方法包括以下步骤:(1)以每组MMC桥臂的上下子桥臂间的环流为被控量、以振荡抑制角为控制量构建闭环控制系统,所述振荡抑制角由环流的实际值和给定值之差确定;

(2)以子模块电容和环流为状态量构建模块化多电平直流变压器状态空间平均模型,并进行小信号分析,同时考虑振荡抑制角的动态,经拉普拉斯变换推导出所述闭环控制系统在小信号模型下的控制‑输出传递函数,根据所述控制‑输出传递函数求解出所述闭环控制系统的特征根并表示出阻尼比;令阻尼比为临界阻尼1,求得最优阻尼补偿情况下的闭环控制器增益;

所述控制‑输出传递函数表示为:

其中,

其中, 表示环流估计值, 表示振荡抑制角估算值,s表示拉普拉斯算子,Uca_sum表示一组MMC桥臂内所有子模块电容电压的总和,Icma表示环流,Rs表示桥臂电感的寄生电阻,Δd表示振荡抑制角的静态工作点;

所述阻尼比表示为:

(3)根据求得的闭环控制器增益计算对应的振荡抑制角,作为最优振荡抑制角;

(4)将最优振荡抑制角作为控制量对两组MMC桥臂的各个子模块的开关进行控制,从而控制环流的变化;具体包括:在两组MMC桥臂的上下子桥臂中,对子模块进行排序,每半个子模块开关周期根据排序依次从两组MMC桥臂的上下子桥臂中各选出一个子模块,形成两组子模块对,将最优振荡抑制角δd'作为控制量对选出的两组子模块对进行控制,使得选出的子模块的脉冲边沿被施加所述最优振荡抑制角δd',其余子模块脉冲边沿保持不变;

将最优振荡抑制角δd'作为控制量对选出的两组子模块对进行控制,使得选出的子模块的脉冲边沿被施加所述最优振荡抑制角δd',具体包括:当δd'为负时,使得选出的子模块在50%方波信号基础上在下降沿延时关断与δd'相同的角度,在上升沿提前导通与δd'相同的角度,从而在桥臂电感电压中产生幅值为Uca_sum/

16,占空比为2δd'/π的正向脉冲电压,环流上升;其中Uca_sum表示一组MMC桥臂内所有子模块电容电压的总和;

当δd'为正时,使得选出的子模块在50%方波信号基础上在上升沿延时导通与δd'相同的角度,在下降沿提前关断与δd'相同的角度,从而在桥臂电感电压中产生幅值为Uca_sum/

16,占空比为2δd'/π的负向脉冲电压,环流下降。

2.根据权利要求1所述的一种基于模块化多电平直流变压器拓扑的动态振荡抑制方法,其特征在于:步骤(1)中,所述环流的给定值 为所述模块化多电平直流变压器拓扑的输入功率等于输出功率时的环流;其中,所述输入功率等于所述环流与拓扑直流侧电压的乘积,所述输出功率等于拓扑输出电压的平方除以输出电阻。

3.根据权利要求1所述的一种基于模块化多电平直流变压器拓扑的动态振荡抑制方法,其特征在于:步骤(2)中,所述控制‑输出传递函数为以振荡抑制角为分母、环流为分子求得的多项式;所述闭环控制系统的特征根为一对共轭复根,与阻尼比ξ有关;所述阻尼比ξ与子模块个数N、桥臂自耦合电感Ls和桥臂互耦合电感Lm之和、子模块电容C、控制器增益kpi均有关。