CN115173460B - 一种柔性直流输电系统中波纹优化方法、装置及设备 - Google Patents

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CN115173460B CN202211029432.6A CN202211029432A CN115173460B CN 115173460 B CN115173460 B CN 115173460B CN 202211029432 A CN202211029432 A CN 202211029432A CN 115173460 B CN115173460 B CN 115173460B
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Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电系统中波纹优化方法、装置及设备，该方法包括获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率；获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；若是，则对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振。本发明解决了现有技术中柔性直流输电系统直流电压在传输过程中容易出现纹波过大问题，导致系统出现不稳定的现象。

Description

一种柔性直流输电系统中波纹优化方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种柔性直流输电系统中波纹优化方法、装置及设备。
背景技术
柔性直流输电系统是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。
模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)以模块化、控制灵活、效率高、输出波形质量好、易扩展等优势，广泛应用于高压柔性直流输电领域。
现有技术中，柔性直流输电系统直流电压在传输过程中容易出现纹波过大问题，导致系统出现不稳定的现象，其主要原因是，MMC内部会产生谐振波，为解决直流谐振所导致的稳定性问题，一般通过阻抗分析法和特征值计算法，大量的研究是针对MMC直流侧等值电路建模，往往无法反应MMC内部谐波动态特性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柔性直流输电系统中波纹优化方法、装置及设备，旨在解决现有技术中柔性直流输电系统直流电压在传输过程中容易出现纹波过大问题，导致系统出现不稳定的现象。
本发明实施例是这样实现的：
一种柔性直流输电系统中波纹优化方法，所述方法包括：
获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率；
获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；
若是，则对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化方法，其中，所述获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率的步骤之前还包括：
根据所述模块化多电平换流器中的动态参数获取所述模块化多电平换流器的交流侧和直流侧动态特性；
获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型；
获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化方法，其中，所述获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型的步骤包括：
根据所述子模块电容电流集合平均值、子模块电容电压集合平均值以及对应的开关函数分别确定桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定所述动态时域开关模型。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化方法，其中，所述获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型的步骤之后还包括：
根据所述初始宽频域动态向量模型确定在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型；
根据所述在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型、共模电压、每相环流以及交流侧和直流侧动态特性以得到所述宽频域动态向量模型。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化方法，其中，所述对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振的步骤包括：
获取所述模块化多电平换流器中子模块的最大开关频率，根据所述最大开关频率对所述开关频率进行调整。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化方法，其中，所述动态时域开关模型满足条件式：
Figure 857318DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，Srj为j相r桥臂的开关函数，N为每个相单元上下桥臂的开关函数之和，C0为功率模块电容，L0是桥臂电抗，Udc是直流链路电压，uvj为交流出口处输出电压，irj为流过j相r桥臂的电流，urj为同一桥臂所有子模块构成的桥臂电压，r=p、n，分别表示上下桥臂，R0为桥臂电阻，uc,n j为j相n桥臂的电容电压，uc,p j为j相p桥臂的电容电压。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化方法，其中，所述宽频域动态向量模型满足条件式：
Figure 279072DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 482651DEST_PATH_IMAGE003
为直流侧电流直流分量，
Figure 357066DEST_PATH_IMAGE004
为直流侧输出电压直流分量，δ为电网相角，L0是桥臂电抗，ω为基波角频率，ωq为dq坐标下q轴的基波角频率，ωd为dq坐标下d轴的基波角频率。
本发明的另一个目的在于提供一种柔性直流输电系统中波纹优化装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率；
判断模块，用于获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；
优化模块，用于当判断所述模块化多电平换流器会产生谐振时，对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振。
本发明的另一个目的在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的方法。
本发明通过宽频域模型可以对模块化多电平换流器直流阻抗频率进行分析，准确反映了MMC 直流侧阻抗特性以及确定模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率，并根据直流侧阻抗频率对模块化多电平换流器中子模块的开关频率进行优化，避免开关频率与直流侧阻抗频率产生谐振，从而避免柔性直流输电系统直流电压在传输过程中容易出现纹波过大问题，导致系统出现不稳定的现象。
附图说明
图1为本发明一实施例中模块化多电平换流器系统的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法的流程图；
图3为本发明一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法中的模块化多电平换流器的结构拓扑图；
图4为本发明一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法中的模块化多电平换流器的直流侧阻抗定义图；
图5为本发明一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法中的基于保持因子的开关频率优化算法的流程示意图；
图6为本发明一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法中的单端MMC-HVDC示意图；
图7为本发明一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法中MMC系统中未投入开关频率优化算法时与投入开关频率优化算法时的各大指标的仿真波形图；
图8为本发明一实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化方法中MMC系统未投入开关频率优化算法时直流电压和投入开关频率优化算法时直流电压的FFT对比图；
图9为本发明第二实施例中柔性直流输电系统中波纹优化装置的结构框图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下各实施例均可运用在图1所示的模块化多电平换流器(modular multilevelconverter, MMC)系统当中，共包含三个相单元，其中，一个相单元包含上下两个桥臂，每一桥臂有N个子模块。L0是臂电抗器，Udc是直流链路电压，O为MMC直流侧中性点，
Figure 186351DEST_PATH_IMAGE005
为MMC交流侧中性点。
具体的，同一桥臂所有子模块构成的桥臂电压为urj（r=p、n，分别表示上下桥臂；j=a、b、c，下同），流过桥臂的电流为irj，uvj和ivj分别为交流出口处输出电压和输出电流。usj为交流系统j相等效电势，Lac为换流器交流出口va、vb、vc到交流系统等效电势之间的等效电感（包含系统等效电感和变压器漏电感）。
以下将结合具体实施例和附图来详细说明如何改善直流电压在传输过程中存在纹波过大的问题。
实施例一
请参阅图2，所示为本发明第一实施例中的柔性直流输电系统中波纹优化方法，所述方法包括步骤S10~S12。
步骤S10，获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率。
具体的，在本实施例当中，宽频域动态向量模型可以将MMC内部谐波相关的电气量直接反映在模型的状态变量上，能准确的描述MMC内部谐波动态特性。
具体的，下面对宽频域动态向量模型的建立进行详细说明：
首先，根据所述模块化多电平换流器中的动态参数获取所述模块化多电平换流器的交流侧和直流侧动态特性；
具体的，动态参数至少包括MMC交流出口处电流ivj及j相上、下桥臂电流ipj、inj、臂电抗器、同一桥臂所有子模块构成的桥臂电压、直流链路电压以及交流侧中性电压。
其中，由于MMC交流出口处电流ivj及j相上、下桥臂电流ipj、inj满足基尔霍夫第一定律以及基尔霍夫第二定律，因此有：
Figure 462611DEST_PATH_IMAGE006
（1）
Figure 102671DEST_PATH_IMAGE007
（2）
将上、下桥臂的差模电压定义为
Figure 464382DEST_PATH_IMAGE008
；上、下桥臂的共模电压定义为
Figure 707145DEST_PATH_IMAGE009
。式（2）上下分别相加和相减，可得MMC交流侧和直流侧动态特性的数学表达式，具体如下：
Figure 962546DEST_PATH_IMAGE010
（3）；
式中，
Figure 632562DEST_PATH_IMAGE011
表示j相环流。
其次，获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型；
具体的，可以定义Srj,i为j相r桥臂第i个子模块的开关函数。值为1时表示该子模块投入，值为0时表示该子模块切除。同时定义j相r桥臂的开关函数为：
Figure 481569DEST_PATH_IMAGE012
（4）；
为了保持直流侧输出电压恒定，每个相单元上下桥臂的开关函数之和应等于N。子模块电容电压通过子模块的开关动作耦合到桥臂电压中。j相r桥臂第i个子模块耦合到桥臂中的电压为usm,rj,i，因此，可以用开关函数表示j相r桥臂第i个子模块耦合到桥臂中的电压，具体为：
Figure 137809DEST_PATH_IMAGE013
（5）；
式中，uc,rj,i为j相r桥臂第i个子模块的电容电压。对该桥臂所有子模块求和有：
Figure 388662DEST_PATH_IMAGE014
（6）；
假设所有子模块完全相同，单个子模块的电容电压uc,rj,i等于所有子模块电容电压的集合平均值uc,rj，因此有：
Figure 354213DEST_PATH_IMAGE015
（7）；
将式(4)代入式(7)可得j相r桥臂的电压urj为：
Figure 690516DEST_PATH_IMAGE016
（8）；
桥臂电流通过子模块的开关动作耦合到子模块的直流侧，这部分电流流过子模块电容，成为电容电流。对于j相r桥臂第i个子模块，流过其电容器的电流为
Figure 275081DEST_PATH_IMAGE017
（9）；
对该桥臂所有子模块求和
Figure 255807DEST_PATH_IMAGE018
（10）；
定义j相r桥臂子模块电容电流集合平均值为
Figure 267625DEST_PATH_IMAGE019
（11）；
根据式(4)、式(10)和式(11)有
Figure 825646DEST_PATH_IMAGE020
（12）；
根据式(2)，代入开关函数式(8)和式(12)后MMC的动态时域开关模型为：
Figure 338535DEST_PATH_IMAGE021
（13）。
接着，获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型；
具体的，宽频域动态向量模型是基于复数傅里叶级数的模型，其中，周期变量x(t)用复数傅里叶级数可表示为：
Figure 298401DEST_PATH_IMAGE022
(14)；
式中，ω为基波角频率；xk为k阶分量的系数，其数学定义为：
Figure 356487DEST_PATH_IMAGE023
(15)；
式中，T=2π/ω，根据滑动平均的定义，公式(16)被称为k阶滑动分量。为方便证明，使用以下表示：
Figure 667383DEST_PATH_IMAGE024
(16)；
也即由式(14)和式(15)推导出的基于复数傅里叶建模的第一个基本属性为：
Figure 593750DEST_PATH_IMAGE025
(17)；
由式(14)和式(15)推导出的基于复数傅里叶建模的第二个基本属性为：
Figure 550334DEST_PATH_IMAGE026
(18)；
特别的，由于：
Figure 169535DEST_PATH_IMAGE027
(19)；
对于考虑任意设定时间原点，函数中将包含相移信息δ的调制，其一阶分量表达式为：
Figure 702147DEST_PATH_IMAGE028
(20)；
基于MMC的柔性直流换流阀每个桥臂由N个子模块串联而成。如图3所示，以电平数为5电平的MMC为例，每个桥臂由4个子模块构成，桥臂每个子模块之间的相移角为2π/5，根据图3可知，a相等效开关函数可由基本开关函数
Figure 307572DEST_PATH_IMAGE029
相减得到：
Figure 976451DEST_PATH_IMAGE030
(21)；
同理，对于需要导通kNr个子模块的级联多电平结构，结合欧拉公式，可得三相MMC桥臂的开关函数为：
Figure 891186DEST_PATH_IMAGE031
（22）；
式中，
Figure 911094DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 179265DEST_PATH_IMAGE033
互为共轭。
进一步的，令MMC交流出口处输出电压为：
Figure 843595DEST_PATH_IMAGE034
（23）；
将式(15)代入式(23)可得模块化多电平换流器abc三相交流出口处输出电压的基波分量为：
Figure 804598DEST_PATH_IMAGE035
（24）；
基于上述分析，根据式(13)和式(19)，可得
Figure 46224DEST_PATH_IMAGE036
(25)；
式(25)中，
Figure 242719DEST_PATH_IMAGE038
。将式(22)和式(24)代入式(25)，可得
Figure 151769DEST_PATH_IMAGE039
(26)；
复数域中令MMC柔直换流阀abc三相六桥臂电流分别为：
Figure 893460DEST_PATH_IMAGE040
(27)；
将式(27)代入式(26)，整理可得：
Figure 887961DEST_PATH_IMAGE041
(28)；
公式(28)为MMC三相坐标系下的状态微分方程组，含有状态变量 xp1 , x p2 , x n1 , x n2 , y p1 , y p2 , y n1 , y n2 , z p1 , z p2 , z n1 , z n2 和
Figure 497934DEST_PATH_IMAGE042
将MMC每个三相变量表示为一对耦合的dq变量，则对于电流
Figure 651703DEST_PATH_IMAGE043
（29）；
另一方面，已知三相电流各相都是一个零均值的交流变量，可以根据其一阶分量滑动平均的实部和虚部表示。根据式(14)可得一个通用波形y(t)
Figure 423350DEST_PATH_IMAGE044
（30）
通过代数变换
Figure 46093DEST_PATH_IMAGE045
（31）
为简单起见，令
Figure 194177DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 812240DEST_PATH_IMAGE047
，则式(31)改写为
Figure 410581DEST_PATH_IMAGE048
（32）
故MMC柔性直流换流阀三相电流可表示为
Figure 379674DEST_PATH_IMAGE049
（33）
通过比较式(29)和式(33)，可以推导出三相电流一阶分量滑动平均的实部和虚部，与电流i rd 和i rq 之间的关系式，即
Figure 65870DEST_PATH_IMAGE050
（34）
同理，开关函数
Figure 944964DEST_PATH_IMAGE051
的实部和虚部可分别转化为
Figure 58414DEST_PATH_IMAGE052
（35a）
Figure 639437DEST_PATH_IMAGE053
（35b）
对比式(22)中，可得
Figure 129324DEST_PATH_IMAGE054
（36）
将式(34)、式(35)和式(36)代入式(28)，其中，式（35）包括式（35a）和（35b），可得基于MMC的柔性直流换流器在dq坐标系下的宽频域动态向量模型如下所示
Figure 987559DEST_PATH_IMAGE055
（37）
另一方面，
Figure 412855DEST_PATH_IMAGE056
（38）
最后根据所述初始宽频域动态向量模型确定在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型；
根据所述在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型、共模电压、每相环流以及交流侧和直流侧动态特性以得到所述宽频域动态向量模型；
上述公式进行整理，可得MMC在dq坐标系下的宽频域动态向量模型：
Figure 356540DEST_PATH_IMAGE057
。
为了根据宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率，给出MMC直流侧的阻抗定义，如图4所示。
Figure 384539DEST_PATH_IMAGE058
（40）
式中，f为频率。结合MMC系统j相环流定义和式(39)，可得
Figure 221914DEST_PATH_IMAGE059
（41）
将式(41)代入式(3)等效化简可得
Figure 942745DEST_PATH_IMAGE060
（42）
结合MMC共模电压定义和式(39)并代入式(42)可得
Figure 108147DEST_PATH_IMAGE061
（43）
上式可以近似等效为
Figure 80782DEST_PATH_IMAGE062
（44）
根据式(44)，MMC系统在频率较高时，其主要呈现为阻抗特性，容易出现系统振荡现象。
步骤S11，获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；若是，执行步骤S12。
其中，模块化多电平换流器中子模块的开关频率会影响直流电压在MMC系统当中的稳定性，例如，当子模块开关频率达到一定大小时，易出现与MMC阻抗频率产生谐振的频率，造成MMC系统直流电压出现较大纹波。
具体的，根据功率模块电压和电流的关系可得
Figure 648030DEST_PATH_IMAGE063
（45）
式中，rj,i表示第j相r桥臂第i个子模块，u c,rj,i 和i c,rj,i 分别为子模块电压和电流。近似可得
Figure 664396DEST_PATH_IMAGE064
（46）
MMC直流侧电压由桥臂子模块电容电压耦合组成，假设控制周期为T k ，显然子模块最大开关频率为
Figure 582674DEST_PATH_IMAGE065
，则子模块角频率为
Figure 952475DEST_PATH_IMAGE066
（47）
当子模块开关频率达到一定大小时，易出现与MMC阻抗频率产生谐振的频率，造成MMC系统直流电压出现较大纹波，因此需要降低子模块功率器件开关频率。
步骤S12，对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振。
具体的，为了降低子模块开关频率，采用现有保持因子排序和整体投入的电容电压平衡策略，如图5所示。
采用保持因子法，根据式(45)可近似得
Figure 515175DEST_PATH_IMAGE067
（48）
U c,rj,i 是单个子模块直流电压额定值，在正常运行时，
Figure 577809DEST_PATH_IMAGE068
，因此单个子模块最大开关频率为
Figure 452224DEST_PATH_IMAGE069
（49）
对于第j相r桥臂第i个子模块，流过其电容器的电流为
Figure 287368DEST_PATH_IMAGE070
。i rj 为第j相r桥臂电流，开关函数S rj,i 取值为1和0，式(49)变为
Figure 563628DEST_PATH_IMAGE071
（50）
式(50)建立了桥臂电流i rj 与子模块最大开关频率之间得联系。
Figure 938109DEST_PATH_IMAGE072
，因此在采用开关频率优化算法后，可以有效降低功率模块开关频率。
以下进行实验对本发明所提出的开关频率控制策略进行验证，搭建了如图6所示的单端MMC-HVDC的柔性直流输电系统。
系统主要参数如表1所示。一个桥臂的子模块数为216个，其中16个为冗余子模块，交流额定线电压和直流母线额定电压的设置参考渝鄂工程和乌东德工程得到的典型数据。
表1
Figure 565399DEST_PATH_IMAGE073
分别对比了未投入开关频率优化和投入开关频率优化后MMC系统直流电压质量和MMC系统运行时各大指标的仿真图，如图7所示。
从图中可以明显看出，图7(a)为MMC未投入开关频率优化时的直流电压波形图，直流电压存在较大纹波；图7(b)为MMC投入开关频率优化时直流电压波形图，直流电压纹波明显降低；图7(c)为MMC未投入开关频率优化时子模块的平均开关频率波形图，其平均开关频率稳定在1500Hz左右，开关频率较高；图7(d)为MMC投入开关频率优化时子模块的平均开关频率波形图，子模块平均开关频率稳定在120Hz左右，功率模块开关频率明显降低；图7(e)为MMC未投入开关频率优化时电容电压波动率，电容电压波动率为0.8%左右；图7(f)为MMC投入开关频率优化时电容电压波动率，电容电压波动率为8%左右，相比未投入开关频率优化时，电容电压波动率增加较多，但电容电压波动率在10%以内都满足要求，主要是因为电容值减小所致，表征MMC运行性能的两个基本参数是MMC输出交流电压的总谐波畸变率和MMC输出直流电压的谐波含量，计算发现输出电压总谐波畸变率对电容电压波动率变化并不敏感，对系统没有影响；图7(g)为MMC未投入开关频率优化时子模块电容电压，电容电压偏差较低；图7(h)为MMC投入开关频率优化时子模块电容电压，电容电压偏差相对较高。
为了更直观的分析MMC直流侧阻抗频率与子模块功率器件开关频率的交互机理，以及子模块功率器件开关频率降低后，MMC直流纹波的改善，图8给出其在未投入开关频率优化算法时直流电压和投入开关频率优化算法时直流电压纹波FFT分析对比图。
图8(a)为MMC未投入开关频率优化时直流电压FFT分析图，其总谐波失真率为5.74%；图8(b)为MMC投入开关频率优化时直流电压FFT分析图，其总谐波失真率仅为0.8%，相比之下，其纹波有较大程度改善。
综上，本发明上述实施例中的柔性直流输电系统中波纹优化方法，通过宽频域模型可以对模块化多电平换流器直流阻抗频率进行分析，准确反映了MMC 直流侧阻抗特性以及确定模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率，并根据直流侧阻抗频率对模块化多电平换流器中子模块的开关频率进行优化，避免开关频率与直流侧阻抗频率产生谐振，从而避免柔性直流输电系统直流电压在传输过程中容易出现纹波过大问题，导致系统出现不稳定的现象。
实施例二
请参阅图9，所示为本发明第二实施例中提出的柔性直流输电系统中波纹优化装置，所述装置包括：
获取模块100，用于获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率；
判断模块200，用于获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；
优化模块300，用于当判断所述模块化多电平换流器会产生谐振时，对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化装置，所述装置还包括：
特性获取模块，用于根据所述模块化多电平换流器中的动态参数获取所述模块化多电平换流器的交流侧和直流侧动态特性；
开关模型确定模块，用于获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型；
初始宽频域动态向量模型确定模块，用于获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化装置，其中，所述开关确定模块具体用于：
根据所述子模块电容电流集合平均值、子模块电容电压集合平均值以及对应的开关函数分别确定桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定所述动态时域开关模型。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化装置，其中，所述装置还包括：
宽频域动态向量模型确定模块，用于根据所述初始宽频域动态向量模型确定在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型；
根据所述在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型、共模电压、每相环流以及交流侧和直流侧动态特性以得到所述宽频域动态向量模型。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化装置，其中，所述优化模块具体用于：
获取所述模块化多电平换流器中子模块的最大开关频率，根据所述最大开关频率对所述开关频率进行调整。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化装置，其中，所述动态时域开关模型满足条件式：
Figure 277004DEST_PATH_IMAGE074
；
其中， Srj为j相r桥臂的开关函数，N为每个相单元上下桥臂的开关函数之和，C0为功率模块电容，L0是桥臂电抗，Udc是直流链路电压，uvj为交流出口处输出电压，irj为流过j相r桥臂的电流，urj为同一桥臂所有子模块构成的桥臂电压，r=p、n，分别表示上下桥臂，R0为桥臂电阻，uc,n j为j相n桥臂的电容电压，uc,p j为j相p桥臂的电容电压。
进一步的，上述柔性直流输电系统中波纹优化装置，其中，所述宽频域动态向量模型满足条件式：
Figure 797984DEST_PATH_IMAGE075
；
其中，
Figure 467999DEST_PATH_IMAGE076
为直流侧电流直流分量，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为直流侧输出电压直流分量，δ为电网相角，L0是桥臂电抗，ω为基波角频率，ωq为dq坐标下q轴的基波角频率，ωd为dq坐标下d轴的基波角频率。
上述各模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。
实施例三
本发明另一方面还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述实施例一中所述的方法的步骤。
实施例四
本发明另一方面还提供一种电子设备，所述计算机设备包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例一中所述的方法的步骤。
以上各个实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读存储介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读存储介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读存储介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种柔性直流输电系统中波纹优化方法，其特征在于，所述方法包括：
获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率；
获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；
若是，则对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振；
所述获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率的步骤之前还包括：
根据所述模块化多电平换流器中的动态参数获取所述模块化多电平换流器的交流侧和直流侧动态特性；
获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型；
获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统中波纹优化方法，其特征在于，所述获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型的步骤包括：
根据所述子模块电容电流集合平均值、子模块电容电压集合平均值以及对应的开关函数分别确定桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定所述动态时域开关模型。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统中波纹优化方法，其特征在于，所述获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型的步骤之后还包括：
根据所述初始宽频域动态向量模型确定在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型；
根据所述在dq坐标系下的初始宽频域动态向量模型、共模电压、每相环流以及所述交流侧和直流侧动态特性以得到所述宽频域动态向量模型。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统中波纹优化方法，其特征在于，所述对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振的步骤包括：
获取所述模块化多电平换流器中子模块的最大开关频率，根据所述最大开关频率对所述开关频率进行调整。
5.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统中波纹优化方法，其特征在于，所述动态时域开关模型满足条件式：
Figure QLYQS_1
；
其中，Srj为j相r桥臂的开关函数，N为每个相单元上下桥臂的开关函数之和，C0为功率模块电容，L0是桥臂电抗，Udc是直流链路电压，uvj为交流出口处输出电压，irj为流过j相r桥臂的电流，urj为同一桥臂所有子模块构成的桥臂电压，r=p、n，分别表示上下桥臂，R0为桥臂电阻，uc,n j为j相n桥臂的电容电压，uc,p j为j相p桥臂的电容电压。
6.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统中波纹优化方法，其特征在于，所述宽频域动态向量模型满足条件式：
Figure QLYQS_2
；
其中，
Figure QLYQS_3
为直流侧电流直流分量，
Figure QLYQS_4
为直流侧输出电压直流分量，δ为电网相角，L0是桥臂电抗，ω为基波角频率，ωq为dq坐标下q轴的基波角频率，ωd为dq坐标下d轴的基波角频率。
7.一种柔性直流输电系统中波纹优化装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取模块化多电平换流器的宽频域动态向量模型，并根据所述宽频域动态向量模型确定所述模块化多电平换流器的直流侧阻抗频率；
判断模块，用于获取所述模块化多电平换流器中子模块的开关频率，并根据所述直流侧阻抗频率与开关频率判断所述模块化多电平换流器是否会产生谐振；
优化模块，用于当判断所述模块化多电平换流器会产生谐振时，对所述开关频率进行优化以避免所述开关频率与直流侧阻抗频率之间产生谐振；
特性获取模块，用于根据所述模块化多电平换流器中的动态参数获取所述模块化多电平换流器的交流侧和直流侧动态特性；
开关模型确定模块，用于获取所述模块化多电平换流器中的桥臂电流以及桥臂电压，并根据所述动态参数、桥臂电流以及桥臂电压确定动态时域开关模型；
初始宽频域动态向量模型确定模块，用于获取所述模块化多电平换流器的三相桥臂开关函数以及模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量，并根据所述桥臂开关函数、模块化多电平换流器交流出口处输出电压的基波分量以及所述动态时域开关模型确定初始宽频域动态向量模型。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求 1－6 任一所述的方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1－6 任一所述的方法。
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