之前做過一個MMC閉環(huán)仿真的調(diào)試，現(xiàn)與大家分享一下，請各位工程師多多批評指教。

MMC數(shù)學(xué)模型

       圖1為MMC的等效電路模型，其中Lo表示橋臂電感折算到交流側(cè)的電感。

圖1 MMC等效電路模型

       公式(1)表示MMC在時域下的數(shù)學(xué)表達式。

                     

公式(1)

       公式(1)即MMC三相abc靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型，可以很直觀的說明工作原理。進行PI控制，需將abc三相靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型，即對公式(1)式進行3s/2r變換后得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型：

                  

(2)

2 電流內(nèi)環(huán)仿真模型

電流內(nèi)環(huán)控制目標為控制交流側(cè)電流電流快速跟隨指定的電流值。公式(2) d軸和q軸的變量之間存在耦合作用，需在電流內(nèi)環(huán)中加入解耦環(huán)節(jié)：

               

(3)

公式(3)代入公式(2)中可得解耦后的控制方程：

                 

(4)

電流內(nèi)環(huán)的控制框圖如圖2所示。

圖2 電流內(nèi)環(huán)控制框圖

電流內(nèi)環(huán)仿真電路如下圖3所示。MMC交流側(cè)接有效值為590V的三相交流電源，MMC直流側(cè)接1200V的直流電源。

圖3 電流內(nèi)環(huán)仿真電路模型

3 電壓外環(huán)仿真模型

電流內(nèi)環(huán)的目的是使 跟隨電流參考值，電壓外環(huán)則根據(jù)直流電壓，計算內(nèi)環(huán)電流參考值。當直流電壓參考值給定，實際采樣到的直流側(cè)輸出電壓與參考值進行比較，所得到的值經(jīng)過定直流電壓控制器的PI調(diào)節(jié)，輸出d 軸電流參考值。其計算公式如下：

(4)

圖4所示為電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)圖4，對公式(4)中的d軸的電流參考值進行限幅。其目的是防止橋臂電流過大，避免IGBT被燒壞。

圖4電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)圖

電壓外環(huán)仿真電路如下圖5所示。MMC交流側(cè)接有效值為590V的三相交流電源，MMC直流側(cè)接阻值為72Ω的電阻。

 

圖5 電壓外環(huán)仿真電路

       假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，如果忽略整流橋的損耗，則輸入電源的瞬時功率(q軸有功功率)等于直流母線的瞬時功率，有            

(4)

從物理意義上分析得q軸電流iq由電容電流和負載電流組成：                  

    (5)                               

  (6)

                                          

      (7)

       其中iq1、iq2分別代表電容電流和負載電流。因此，可以結(jié)合電流內(nèi)環(huán)等

效環(huán)節(jié)得出電壓外環(huán)傳遞函數(shù)框圖，如圖2所示。

圖2 電壓外環(huán)控制框圖

負載電流iq2用于前饋控制；電容電流iq1由電壓誤差經(jīng)過PI控制器計算得出的，電流iq1與電壓誤差的關(guān)系為：

(8)

三相PWM整流橋輸出的電流為幅值不等的離散脈沖，經(jīng)過電容吸收濾波后成為穩(wěn)定直流供給負載使用。由于電容的不間斷充放電導(dǎo)致直流側(cè)電壓的波動，設(shè)t1時刻電容電壓為Udc(t1)，待時間變化到t2時刻的電容電壓為Udc(t2)，變化的能量為 E1 。