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申请/专利权人：华北电力大学

摘要：本发明建立了一种基于模态划分的有源型MMC时域解析建模方法，有源型MMC为电池储能经双向DC‑DC变换器并联在半桥子模块电容侧。首先根据有源型MMC拓扑、工作原理和储能充放电机理分析其不同工作状态下的工作模式，进而引入开关函数模型，建立桥臂电流与流入子模块电流的关系，引入平均值法，建立储能电流与双向DC‑DC变换器输出电流的关系，最后根据子模块拓扑结构、KCL和KVL列写微分方程组，推导出有源型MMC电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。有源型MMC时域解析模型的建立为分析相关电气量影响因素，抑制电容电压波动和减小电流中谐波含量提供理论依据，对设备选型、参数优化等工作具有重要意义。

主权项：1.基于模态划分的有源型MMC时域解析模型的建模方法，基于模态划分的有源型MMC时域解析模型，其特征在于，包括：有源型MMC在本质上仍为三相电压源换流器，其子模块拓扑结构为电池储能单元经DC-DC变换器并联于半桥子模块电容侧，是MMC的一个引申结构；有源型MMC系统属于三端口变流器，同时连接交流端、直流端和电池储能端；Psref-Pbref＝Pdcref1其中，Psref为交流侧功率，Pdcref为直流侧功率，Pbref为储能侧功率；根据功率守恒原理，流入三端口变流器的功率和为零，因此控制三端中的两端功率，即可控制变流器三端的功率，增加了控制功率的自由度；有源型MMC可分为直流侧功率控制，交流侧功率控制和储能电池充放电的功率控制，采用同时控制交流侧功率和储能侧功率的控制策略；有源型MMC交流侧功率控制采用经典的内外环功率解耦控制，每个子模块中增加一个双向DC-DC变换器，因此在控制上增加一个自由度；储能侧可设定不同的功率参考值单独控制每个储能模块充放电；当储能模块处于充电状态时，导通IGBTT4和二极管D3，与滤波电感Lb构成boost电路，使双向DC-DC变换器工作在升压模式；当储能模块处于放电状态，导通双向DC-DC变换器中的IGBTT3和二极管D4，与滤波电感Lb构成buck电路，使双向DC-DC变换器工作在降压模式；有源型MMC中的储能模块采用Shepherd模型，将其充放电简化为一个可逆过程，将其放电过程化分为三个区：指数区、额定工作区和深度放电区；额定状态下放电电压数值为额定电压Eb；该模型建立包括以下步骤：最后根据子模块拓扑结构、KCL和KVL列写微分方程组，推导出有源型MMC电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型；步骤1：根据有源型MMC子模块拓扑、电池储能充放电机理和半桥子模块IGBT状态，分析其不同工作状态下的工作模式；步骤2：根据有源型MMC等效电路和数学原理，推导出上、下桥臂电压时域解析表达式和考虑二次谐波环流的上、下桥臂电流数学时域解析表达式；步骤3：引入开关函数模型，建立桥臂电流与流入子模块电流的关系，引入平均值法，建立储能电流与双向DC-DC变换器输出电流的关系；步骤4：根据有源型MMC的不同工作模式和基尔霍夫定律，根据储能等效模型和电容器特性，列写微分方程组，推导出有源型MMC的电容电压、电容电流和储能电流的时域解析表达式，建立基于模态划分的有源型MMC时域解析模型。

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