[发明专利]适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子设备及其控制技术领域，尤其涉及一种适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法。

背景技术

随着电力电子设备及其控制技术的发展，采用IGBT等半导体器件的电压源型换流器(voltage source converter,VSC)在中高压领域得到广泛的应用。其中较多电平数的模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)通过子模块(sub modular，SM)级联，具有高度模块化的结构、公共直流母线、便于工程实现的优点，在HVDC方向得到大力的推广。

MMC内部的储能电容采用分布式悬浮结构，子模块间电容电压的不均衡，导致MMC内部存在二次谐波环流，在对称电网条件下环流为2倍频负序的性质。虽然环流对换流器外部的交流电压及交流电流没有影响，但如果不对其进行抑制，环流将使桥臂电流的有效值增加，进而增大换流器的损耗。

交流系统故障时有发生，且单相接地故障等不对称故障发生的概率相对较高，因此为MMC设计适用于不对称工况的控制系统能够提高其运行的可靠性。

针对不对称运行工况，现有文献一般采用建立正、负序双解耦控制系统的方法。对于负序内环电流控制一般有两种控制目标：一种是抑制交流电流的负序分量；另一种为抑制有功功率的2倍频波动。

但在不对称交流系统中，即使采用负序内环控制系统，环流中仍然将含有正序、负序及零序分量。为了对环流中三种谐波分量进行抑制，国内外学者开展了大量的研究。如将基于子模块电容电压预估的最近电平调制和直接环流控制相结合，提出适用于不对称交流系统的复合环流控制策略，但该策略的控制系统结构较为复杂。为了适应不对称运行情况，现有国外文献提出又基于三相环流解耦的控制方法进行了改进，在原有解耦系统的基础上增加了零序控制回路对直流电压波动进行抑制；但提出的方法需要额外的测量上、下桥臂电压，增加了控制系统的复杂度及成本，此外提出的基于比例谐振(proportional resonant，PR)控制器的抑制策略仅在电流的负序分量得到抑制的前提下有效，并提出了基于比例积分谐振(proportional integral resonant，PIR)控制器的环流抑制策略，但该策略仅适用于抑制有功功率波动的负序内环控制系统。

综上，为了适用于不对称交流系统，现有的环流抑制策略一般需要采用额外的控制器对零序环流或直流电压波动进行抑制，额外的控制将使环流抑制器更加复杂；同时零序环流抑制器或者直流电压波动抑制器一般根据单一负序抑制目标而设计，当负序控制目标变化时，原有的控制策略将不再适用。因此，现有的环流抑制策略在简洁性及通用性方面存在不足，其大多基于比例积分控制器或者比例谐振控制器，在不对称电网条件下，该类策略需要额外的增加零序环流抑制或者直流电压波动抑制来控制环流中的零序分量，这使控制系统更加复杂。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种无需比例积分控制器或者比例谐振控制器，结构简洁且通用性强的适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法，该方法用于环流抑制的环流抑制参考值由直接计算得到，能够同时抑制不对称电网运行状态下正序、负序及零序环流分量，每相具有独立的结构，且无需额外的零序环流抑制，控制器结构更加简洁，同时该控制策略适用于两种不同负序控制目标。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法，其方法如下：

(一)计算不对称电网条件下模块化多电平换流器上、下桥臂功率的瞬时值；首先建立MMC单相等效电路，然后依据MMC单相等效电路，设不平衡电流中的环流分量被抑制为0，在不对称电网条件下，可计算得出MMC上、下桥臂功率的瞬时值计算公式分别为：

其中，p_pj为MMC上桥臂功率的瞬时值，p_nj为MMC下桥臂功率的瞬时值，u_j和i_j分别为换流器j相的交流输出电压及电流；u_pj与u_nj分别为MMC上、下桥臂输出电压，下标p和n代表相单元的上和下桥臂；下标j代表三相系统中的A、B和C相；

U和α分别为换流器对应相内部电势e的幅值及初始相角；I和γ分别为对应相的电流幅值及初始相角；k和m分别为电压及电流的调制系数，定义为：