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,MMC的工作原理与基本特性,2017年6月,ZJU,第1章MMC的工作原理,ZJU,三相模块化多电平换流器单元拓扑结构图,Udc,pb,pc,Idc,+,u,pa,+u,+u,+unc,+,una,+unb,o,2,U,dc,Udc2,ipaipbipc,i,ivavbivc,va,u,uvbuvc,L,0,L,SM,2,SM1,SM1SM2SMNinc,v,+,0va,相单元vb,SM1SM2SMNR0,SM1SM2SMNR0,L,0,SMNR0,L0R0SM1SM2SMNina,L0R0SM1SM2SMNinb,vcL0R0,T1,uc,u,sm,i,+,A,B,D1C0D2,+T2,sm,ZJU,子模块的3种工作状态,MMC运行原理,1,2,n,12,=,交流电压和直流电压,VAC,V,Conv.,n,-Vd/2,0,+Vd/2,ZJU,交流侧约束条件与直流侧约束条件,ZJU,第2章MMC的调制方式,最近电平逼近调制,最近电平逼近,正弦调制波,t/rad,Uc012,5,ZJU,uvaUdc2,pj,ctrl,c,N2,U,u*(tT),n(tT),round(,vj,ctrl,),N2,Uc,u*(tT),nnj(tTctrl),round(,vj,ctrl,),ZJU,实时触发的概念,0.005,0.015,0.02,10,0.5,0,1,0.01时间/s,/压电,0.5up,0,0.015,0.02,1,0.5,0,/压电,10.5up,0.005,0.015,0.02,0,1,0.01时间/s,电0.510,/压,0.5up,fctrl,4000Hz,ctrl,f8000Hz,0.005,0.01时间/s,fctrl,ZJU,第3章MMC的完整解析数学模型及其稳态特性,ZJU,符号与变量定义逆变器惯例,pa,pb,pc,+u,+u,+u,+,+una,+unb,Udco,dc2,Udc2,ipaipbipc,i,i,ivavbvc,vb,u,u,vc,L0,SM1SM2SMN,SM1SM2SMN,SMNinc,SM1SM2uncSM2,SMNinb,SM1,SM1SM2SMNina,vuva,+,R0,L0R,L0R,0,vcL0R,pvjqv,u,sa,u,sb,usc,Lac,Lac,Lac,EpaR0,SM1SM2SMNEpbR0L0相单元vb,Epc,0Ena,Enb,0Enc,L0vauEpn,o,ZJU,描述MMC行为的基本方程,ZJU,MMC数学模型的输入与输出,usj,vj,u*,Udc,交流侧,直流侧,换流器内部,MMC,数学模型,uvjivj,pvqvIdcu,oo,u,rj,irj,icirjuc,rj,i,c,rj,uL,rj,iT1iD1iT2iD2,ZJU,MMC数学模型的基本假设,)所有电气量均以工频周期T为周期;)a、b、c三相的同一电气量在时域上依次滞后T/3;)同相上、下桥臂的同一电气量在时域上彼此相差T/2;)MMC采用实时触发。

ZJU,采用逐次逼近法推导MMC完整数学模型,第一步,设定a相上桥臂电压为理想阶梯波,根据MMC微分方程模型,推导出MMC各电气量的初始解。

第二步,根据桥臂电压与子模块电容电压的关系,推导出考虑子模块电容电压波动时的a相上桥臂电压新的表达式,再根据MMC微分方程模型求解桥臂电流解析表达式。

第三步,为了加快迭代过程的收敛速度,对桥臂电流的基波及二次谐波表达式进行局部改进,高次谐波仍然采用已得到的结果,再根据MMC微分方程模型继续推导其他电气量的解析表达式。

ZJU,单端400kV、400MWMMC测试系统具体参数,交流等值系统线电势有效值210kV;直流电压400kV;阀侧有功功率350MW,阀侧无功功率100Mvar。

ZJU,桥臂电压,0.01,0.03,0.04,00.00,10050,150,200,250,压电臂桥,k(,450400350300)V,0.02时间(s),解析计算曲线仿真曲线,12000,180000160000140000,解析计算值仿真值,压电9000臂桥,(,)V,600030000123456789101112131415谐波次数,桥臂电压主要包含直流分量和奇数次谐波;除二次谐波外,其他偶次谐波分量几乎为零,ZJU,桥臂电流,桥臂电流包含直流、基波、二次谐波以及6k1次谐波,0.00,0.01,0.03,0.04,1000,500,0,500,1000,1500,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),流(电臂桥,A,),600,800,解析计算值仿真值,流(电15臂桥1050123456789101112131415谐波次数,40020020)A,ZJU,MMC阀侧交流电压,MMC阀侧交流电压除基波外,主要含有6k1次谐波。

0.01,0.03,0.04,2000.00,150,100,50,0,50,100,200150,250,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),压电出输,)Vk(,200,400,600,160000,解析计算值仿真值,压电出输,(,12000080000)V,0123456789101112131415谐波次数,ZJU,MMC阀侧交流电流,MMC阀侧交流电流除基波外,主要含有6k1次谐波。

0.00,0.01,0.03,0.04,1500,1000,500,0,500,1000,1500,2000,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),流(电出输,)A,16,24,1200,1500,1800,解析计算值仿真值,流20电出输,(,)A,12840123456789101112131415谐波次数,ZJU,子模块电容电压集合平均值,子模块电容电压的主要成分为直流、基波和二次谐波。

三次及以上次谐波含量非常小。

0.01,0.03,0.04,18.00.00,18.5,19.0,19.5,20.0,20.5,21.0,21.5,22.0,22.5,23.0,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),压电容电均平块模子,k(,)V,0,200,1200,1400,解析计算值仿真值,模子,压电800容电均600平块400,(,)V1000,123456789101112131415谐波次数,ZJU,子模块电容电流集合平均值,子模块电容电流的主要成分为基波和二次谐波,三次及以上次谐波含量非常小。

0.00,0.01,0.03,0.04,800,600,400,200,0,200,400,600,800,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),流(电容电均平块模子,)A,0,400,解析计算值仿真值,电均平块模100子,流电容200,(,)A300,123456789101112131415谐波次数,ZJU,相环流,相环流主要为偶数次谐波(直流分量在这里没有画出),除直流分量外,二次谐波分量最大,其他次谐波分量非常小。

0.01,0.03,0.04,2000.00,0,200,400,600,800,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),)A流(环相,0,100,200,300,400,解析计算值仿真值,流环相,(,)A,0123456789101112131415谐波次数,ZJU,两中性点电位差,两中性点电位差仅包含6k3次谐波,没有基波分量。

说明在基波电路中,O和O这两个点为等电势点。

0.00,0.01,0.03,0.04,12,8,4,0,4,8,12,16,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),差位电点性中流直交,k(,)V,0,500,4000,4500,5000,解析计算值仿真值,点性2000中流1500直交1000,电2500,位,差3000,(,)V3500,123456789101112131415谐波次数,ZJU,瞬时有功功率,瞬时有功功率除了直流分量外,主要包含6k次谐波分量。

对于瞬时有功功率的直流分量,解析值为350MW,仿真值为351MW,两者之间的误差为0.3%,0.01,0.03,0.04,00.00,10050,150,300,350,500450400,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),瞬,)WM率(,3,9,12,解析计算值仿真值,(,)WM率功6功有时瞬,00123456789101112131415谐波次数,ZJU,瞬时无功功率,瞬时无功功率除了直流分量外,主要包含6k次,谐波分量。

对于瞬时无功功率的直流分量,解析值为100Mvar,仿真值为100.7Mvar,两者之间的误差为0.7%。

0.00,0.01,0.03,0.04,200,100,0,100,200,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),率(功功无时瞬,M,av,)r,0.0,0.5,1.5,2.0,解析计算值仿真值,功功无时瞬,率1.0,(,M,av,)r,0123456789101112131415谐波次数,ZJU,桥臂电抗电压,桥臂电抗电压的主要成分是基波、二次谐波和6k1次谐波。

桥臂电抗电压的波形含有很多毛刺,主要是因为桥臂电流中的6k1次谐波电流在电抗中产生的6k1次谐波电压。

0.00,0.01,0.03,0.04,40,30,20,10,0,20,30,40,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),压电抗电臂桥,)Vk(10,0,2,12,14,解析计算值仿真值,123456789101112131415谐波次数,k(,)V10压8电抗电6臂桥4,ZJU,点Epa和点Ena之间电位差,点Epa和点Ena之间电位差不含基波分量,说明在基波电路中,这两个点为等电势点。

0.00,0.01,0.03,0.04,40,30,20,10,0,10,20,30,40,解析计算曲线仿真曲线,0.02时间(s),点,E,p,a,点和,E,an,差位电,)Vk(,0,20,25,30,123456789101112131415谐波次数,解析计算值仿真值,点5,E,p,E点和10a,n,a,电15,差位,)Vk(,ZJU,流过子模块各开关管的电流波形,900,600,300,0,300,600,解析计算曲线仿真曲线,)A流(电1T过流,900,600,300,0,300,600,解析计算曲线,仿真曲线,过流,1D,电,)A流(,1200,800,400,0,400,800,1200,1600,解析计算曲线仿真曲线,)A流(电2T过流,1200,800,400,0,400,800,1200,1600,解析计算曲线仿真曲线,2D过流,电,流(,)A,T1,D1,T2,D2,0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,时间(s),时间(s),ZJU,第4章MMC的基波等值电路与电压调制比的定义,ZJU,MMC单相基波等值电路,L0,i,vj,Idc,u,pj,dc,U/2,R,0,u,vj,Idc,Udc/2,V,ipj,+,unj+inj,(j=a,b,c),+,E,nj,+,+,udiffj,icirj,Epj+,1,2,udiffjunjupj,),

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