1.2 MMC-ESS的桥臂电流分析
对于传统MMC拓扑,受子模块电容充放电的影响,子模块电压存在基频波动和二倍频波动;受子模块电容电压波动影响,桥臂电流呈现二倍频等偶次谐波分量[18]。考虑到直流电流在三相均分、交流电流在上下桥臂均分、子模块电压波动引起的偶次环流等因素,因此传统MMC的上、下桥臂电流可以分别表达为
式中：ipx、inx为x相上、下桥臂电流,其中x=a,b,c;Idc是直流电流;ω是电网角频率;Ix是交流电流幅值;φ是交流电流初始相角;Inf是n次谐波幅值,其中n≥2,且为偶数;φnf为其初始相角。
但对于MMC-ESS系统,子模块电压受充放电影响极小,电压不存在明显波动,传统MMC的环流分析并不适用此时的MMC-ESS,需要建立新的数学模型,以便分析MMC-ESS系统中桥臂电流等电气量谐波成分。
忽略桥臂阻抗对系统的影响,可以得到MMC-ESS单相的简化模型,如图2所示。图中：La为桥臂滤波电感;ux为交流电压;ix为交流电流;upx、unx分别代表其上、下桥臂子模块等效输出电压,其中x=a,b,c。
图2 MMC-ESS单相简化模型
Fig. 2 Simplified model of single phase topology
上、下桥臂的开关函数可以分别表示为
式中mx为该相调制比,且0≤m≤1。
同时,上、下桥臂子模块等效输出电压可以表示为
式中：N为桥臂中子模块数量;Udc是直流电压。
根据式(3),可得x相的总电压和交流输出相电压,如下所示：
式(4)表明：在网压对称工况下,MMC-ESS相单元总电压是稳定的,不存在传统MMC所呈现的二次谐波电压分量,因此桥臂电流也不会产生相应的二次谐波。假定三相单元的参数完全相同,直流电流在3个相单元中均分;上、下桥臂参数完全相同,交流电流在上下桥臂均分。因此x相上、下桥臂电流可以表示为
式中Ix为x相交流电流幅值。
根据环流公式,该相环流表示为
分析得知：在MMC-ESS系统中,环流中不存在传统MMC拓扑中偶次谐波分量。
2 不平衡网压对MMC-ESS的影响
当电网发生不平衡时,以抑制负序电流为目标,采用瞬时功率理论推导出并网给定的电流指令,在dq旋转坐标系下利用比例积分谐振调节器(proportional integral resonant,PIR)进行控制,利用图3所示的控制框图产生开关管的PWM脉冲信号。
图3 不平衡下系统控制框图
Fig. 3 Control scheme of an MMC-ESS under unbalanced condition
根据式(2)可得,在MMC-ESS中上、下桥臂单个子模块输出电压为
