模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法

1.一种模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，包括如下步骤：(1)确定MMC的拓扑结构及其基于模型预测定交流电压控制策略的控制系统结构；(2)基于MMC拓扑结构建立频域小信号下的MMC电路结构方程组E 1 ；(3)基于MMC控制系统结构建立频域小信号下的MMC环流抑制控制环路方程E 2 ；(4)基于MMC控制系统结构建立MMC模型预测定交流电压控制方程E 3 ，表达式如下：其中：i ud (n+2)和i uq (n+2)分别为n+2时刻MMC上桥臂电流的d轴分量和q轴分量，m vd (n+1)和m vq (n+1)分别为n+1时刻MMC定交流电压调制系数的d轴分量和q轴分量，i ud (n+1)和i uq (n+1)分别为n+1时刻MMC上桥臂电流的d轴分量和q轴分量，i ud (n)和i uq (n)分别为n时刻MMC上桥臂电流的d轴分量和q轴分量，v d (n+1)和v q (n+1)分别为n+1时刻MMC相电压的d轴分量和q轴分量，A、B 1 和B 2 均为系数矩阵，R为MMC桥臂等值电阻大小，L为MMC桥臂电感大小，T s 为MMC的控制周期，ω 1 为基波角频率；(5)基于控制方程E 3 建立频域小信号下的MMC模型预测定交流电压控制方程E 4 ；(6)基于控制方程E 4 建立频域小信号下的MMC模型预测定交流电压控制环路方程E 5 ；(7)基于上述方程E 1 ～E 5 ，建立考虑频率耦合效应的模型预测定交流电压控制下的MMC阻抗模型，用以评估MMC的小信号阻抗特性。 2.根据权利要求1所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤(2)中MMC电路结构方程组E 1 的表达式如下：其中：Δi u 为小信号下MMC上桥臂电流的谐波矢量，Δv u 为小信号下MMC上桥臂子模块电容电压的谐波矢量，Δm u 为小信号下MMC上桥臂调制系数的谐波矢量，Δv g 为小信号下MMC相电压的谐波矢量，Y Δ1 为小信号下MMC下桥臂导纳矩阵，Z Δc 为小信号下MMC子模块电容阻抗矩阵，M u 为MMC上桥臂调制系数谐波矢量m u 对应的Toeplitz矩阵，I u 为MMC上桥臂电流谐波矢量i u 对应的Toeplitz矩阵，V u 为MMC上桥臂子模块电容电压谐波矢量v u 对应的Toeplitz矩阵。 3.根据权利要求2所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述谐波矢量Δi u 、Δv u 、Δm u 、Δv g 、m u 、i u 、v u 的表达式如下：m u ＝[m u (-kf 1 ) m u (-(k-1)f 1 ) ... m u (0) ... m u ((k-1)f 1 ) m u (kf 1 )] Ti u ＝[i u (-kf 1 ) i u (-(k-1)f 1 ) ... i u (0) ... i u ((k-1)f 1 ) i u (kf 1 )] Tv u ＝[v u (-kf 1 ) v u (-(k-1)f 1 ) ... v u (0) ... v u ((k-1)f 1 ) v u (kf 1 )] TΔi u ＝[i u (f p -kf 1 ) i u (f p -(k-1)f 1 ) ... i u (f p ) ... i u (f p +(k-1)f 1 ) i u (f p +kf 1 )] TΔv u ＝[v u (f p -kf 1 ) v u (f p -(k-1)f 1 ) ... v u (f p ) ... v u (f p +(k-1)f 1 ) v u (f p +kf 1 )] TΔv g ＝[v g (f p -kf 1 ) v g (f p -(k-1)f 1 ) ... v g (f p ) ... v g (f p +(k-1)f 1 ) v g (f p +kf 1 )] TΔm u ＝[m u (f p -kf 1 ) m u (f p -(k-1)f 1 ) ... m u (f p ) ... m u (f p +(k-1)f 1 ) m u (f p +kf 1 )] T其中：m u (x)为MMC上桥臂调制系数对应频率为x的谐波系数，i u (x)为MMC上桥臂电流对应频率为x的谐波系数，v u (x)为MMC上桥臂子模块电容电压对应频率为x的谐波系数，v g (x)为MMC相电压对应频率为x的谐波系数，x表示变量，f p 为扰动频率，f 1 为基波频率，T表示转置，k为大于1的自然数即模型考虑的谐波次数。 4.根据权利要求1所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤(3)中MMC环流抑制控制环路方程E 2 的表达式如下：Δm c ＝T c Δi uT c ＝diag[T c (f p -kf 1 ) T c (f p -(k-1)f 1 ) ... T c (f p ) ... T c (f p +(k-1)f 1 ) T c (f p +kf 1 )]其中：Δm c 为小信号下MMC环流抑制控制调制系数的谐波矢量，Δi u 为小信号下MMC上桥臂电流的谐波矢量，T c 为Δi u 至Δm c 的传递函数矩阵，f p 为扰动频率，f 1 为基波频率，k为大于1的自然数即模型考虑的谐波次数，diag[]表示对角矩阵形式，T c (x)为MMC上桥臂电流中频率为x的谐波至同频率环流抑制控制调制信号谐波的传递函数，对于正序谐波，T c (x)＝H c (j2π(x+2f 1 ))+jK 1 ，对于负序谐波，T c (x)＝H c (j2π(x-2f 1 ))-jK 1 ，x表示变量，j为虚数单位，K 1 为设定的解耦系数，H c ()为PI控制器传递函数。 5.根据权利要求1所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤(5)中MMC模型预测定交流电压控制方程E 4 的表达式如下：其中：Δm vp 和Δm vn 分别为小信号下MMC模型预测定交流电压控制调制系数的正序分量和负序分量，Δi up 和Δi un 分别为小信号下MMC上桥臂电流的正序分量和负序分量，T v 为MMC上桥臂电流至模型预测定交流电压控制调制系数的传递函数，A和B 2 均为系数矩阵，R为MMC桥臂等值电阻大小，L为MMC桥臂电感大小，T s 为MMC的控制周期，f p 为扰动频率，ω 1 为基波角频率，j为虚数单位。 6.根据权利要求1所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤(6)中MMC模型预测定交流电压控制环路方程E 5 的表达式如下：Δm v ＝T v Δi uT v ＝diag[T v (f p -kf 1 ) T v (f p -(k-1)f 1 ) ... T v (f p ) ... T v (f p +(k-1)f 1 ) T v (f p +kf 1 )]其中：Δm v 为小信号下MMC模型预测定交流电压控制调制系数的谐波矢量，Δi u 为小信号下MMC上桥臂电流的谐波矢量，T v 为Δi u 至Δm v 的传递函数矩阵，T v (x)为MMC上桥臂电流中频率为x的谐波至同频率模型预测定交流电压控制调制系数谐波的传递函数，x表示变量，f p 为扰动频率，f 1 为基波频率，k为大于1的自然数即模型考虑的谐波次数，diag[]表示对角矩阵形式，A和B 2 均为系数矩阵，R为MMC桥臂等值电阻大小，L为MMC桥臂电感大小，T s 为MMC的控制周期，ω 1 为基波角频率，j为虚数单位。 7.根据权利要求1所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述步骤(7)中MMC阻抗模型的表达式如下：Z Mpp ＝-0.5H k+1,k+1Z Mnn ＝-0.5H k-1,k-1Z Mpn ＝-0.5H k-1,k+1Z Mnp ＝-0.5H k+1,k-1其中：H为MMC上桥臂电流谐波矢量至相电压谐波矢量的传递函数矩阵，Y Δ1 为小信号下MMC下桥臂导纳矩阵，Z Δc 为小信号下MMC子模块电容阻抗矩阵，M u 为MMC上桥臂调制系数谐波矢量m u 对应的Toeplitz矩阵，I u 为MMC上桥臂电流谐波矢量i u 对应的Toeplitz矩阵，V u 为MMC上桥臂子模块电容电压谐波矢量v u 对应的Toeplitz矩阵，Z Mpp 为MMC正序阻抗大小，Z Mnn 为MMC负序阻抗大小，Z Mpn 为小信号下MMC正序相电流对负序相电压的耦合项，Z Mnp 为小信号下MMC负序相电流对正序相电压的耦合项，E为(2k+1)×(2k+1)大小的单位矩阵，G为(2k+1)×(2k+1)大小且元素值为0.5的对角矩阵，k为大于1的自然数即模型考虑的谐波次数，H k+1,k+1 为传递函数矩阵H中第k+1行第k+1列元素值，H k-1,k-1 为传递函数矩阵H中第k-1行第k-1列元素值，H k-1,k+1 为传递函数矩阵H中第k-1行第k+1列元素值，H k+1,k-1 为传递函数矩阵H中第k+1行第k-1列元素值。 8.根据权利要求2或7所述的模型预测定交流电压控制下MMC频率耦合阻抗建模方法，其特征在于：所述导纳矩阵Y Δ1 和阻抗矩阵Z Δc 的表达式如下：其中：f p 为扰动频率，f 1 为基波频率，k为大于1的自然数即模型考虑的谐波次数，R为MMC桥臂等值电阻大小，L为MMC桥臂电感大小，C sm 为MMC子模块电容大小，N为MMC的桥臂子模块数量，j为虚数单位，diag[]表示对角矩阵形式。