[发明专利]适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法

摘要

本发明公开了一种适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法，该环流抑制方法推导了不对称系统的电容电压波动表达式，并对用于环流抑制的环流抑制参考值成分进行了分析，同时该控制策略适用于两种不同负序控制目标，结果表明不论交流系统运行于何种状况下该参考值的有效成分均为2倍频分量。本发明用于环流抑制的环流抑制参考值由直接计算得到，无需PI控制器或者谐振控制器，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。同时每相具有独立的结构，可适用于对称及不对称交流系统，在PSCAD/EMTDC时域仿真平台上搭建了双端MMC‑HVDC模型，验证了本发明提出的MMC环流控制方法在对称及不对称电网条件下的有效性。

主权项

一种适用于不对称交流电网的MMC直接环流抑制方法，其特征在于：其方法包括如下：(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；首先建立模块化多电平换流器单相等效电路，然后根据模块化多电平换流器单相等效电路，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，可计算得出模块化多电平换流器上、下桥臂功率的瞬时值计算公式分别为：其中，ppj为MMC上桥臂功率的瞬时值，pnj为MMC下桥臂功率的瞬时值，uj和ij分别为换流器j相的交流输出电压及电流；upj与unj分别为MMC上、下桥臂输出电压，下标p和n代表相单元的上、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：当处于稳态的MMC系统中时，MMC系统中的桥臂功率的直流分量为0，则将MMC上、下桥臂功率的瞬时值计算公式(1)和(2)简化为：其中Pωj和P2ωj是j相瞬时功率基频及2倍频分量的幅值；和分别为j相对应的功率分量的初始相角；(二)不对称电网条件下计算MMC上、下桥臂电容电压的平均值，分析出MMC电容电压的波动幅度；依据MMC中单个桥臂内所有电容存储的总能量Ec，求得桥臂内子模块组能量的变化率pc：其中，uci为第i个子模块的电容电压，N为桥臂内子模块的总个数，Ucref为MMC电容电压的额定值；为桥臂内N个子模块电容电压的平均值；C为子模块电容值；根据能量守恒原理，桥臂吸收的功率应与电容器组储存能量的变化率一致，因此由式(3)及(4)可得：其中和分别为上、下桥臂电容电压平均值；通过求解式(5)，求得上、下桥臂电容电压的平均值计算公式分别为：其中ε为电容电压波动系数，下标‘1’和‘2’代表基频及2倍频分量；根据上述计算公式(6)得出MMC电容电压的波动幅度，当MMC内部环流被抑制为0时，无论MMC运行于对称交流系统或者不对称交流系统，电容电压均包含直流分量、基频交流分量及2倍频分量；且上、下桥臂电容电压的基频分量相反，同时上、下桥臂电容电压含有相同的2倍频分量；(三)计算环流抑制参考值，并将环流抑制参考值应用于MMC控制系统，实现环流抑制；首先低通滤波器用于从不平衡电流中提取直流分量idcj，最后由带通滤波器从环流抑制参考值中提取2倍频交流分量；上述环流抑制参考值udiffj_ref的计算公式为：其中udiffj_ref为环流抑制引入的环流抑制参考值；urefj为内环电流控制系统产生的电压参考值；udc为直流母线电压；R0为桥臂等效电阻；当公式(7)计算得到的环流抑制参考值应用于MMC控制系统时，j相的环流将被抑制；(四)对步骤(三)中得出的环流抑制参考值进行有效成分分析；对环流抑制 参考值的成分进行分析如下：设urefj＝ej，ε2＝0，并将公式(6)推导得到的上、下桥臂电容电压平均值带入公式(7)，可得环流抑制参考值：通过公式(8)分析出环流抑制参考值的主要成分为直流分量及2倍频分量，将式(7)计算得到的参考值通过带通滤波器后，加入MMC控制系统，能够对环流进行抑制，则其有效成分应为2倍频分量。