[发明专利]多端口直流电网潮流控制器拓扑结构及控制方法

摘要

一种多端口直流电网潮流控制器拓扑结构及控制方法，属于电力系统控制技术领域。本发明的目的是设计一种可安装在多条线路上的多端口直流潮流控制器，通过在每一条线路上串入额外的直流电压来控制潮流的多端口直流电网潮流控制器拓扑结构及控制方法。本发明多端口直流电网潮流控制器拓扑结构是：模块化多电平换流器为三相六桥臂结构，将若干个全桥型子模块级联构成桥臂，两个桥臂相连接构成一个相单元，三个相单元并联即为模块化多电平换流器。本发明提供的控制直流电网潮流的方法一定程度上解决了直流电网潮流不可控的问题，具有推广价值。

主权项

1.一种多端口直流电网潮流控制器拓扑结构，其特征在于：模块化多电平换流器为三相六桥臂结构，将若干个全桥型子模块级联构成桥臂，两个桥臂相连接构成一个相单元，三个相单元并联即为模块化多电平换流器；包括交流出线和直流出线，每个相单元中上、下桥臂的连接处为相单元的交流出线处，模块化多电平换流器中的三个相单元交流出线分别连接A、B、C三相；三个相单元的并联处为直流出线处；基于模块化多电平换流器的多端口直流电网潮流控制器的端口数M＝直流电网线路数b‑换流站数N+2，将M个模块化多电平换流器的交流侧使用三相变压器连接；①根据基于模块化多电平换流器的多端口直流电网潮流控制器的拓扑结构，并将三相变压器视为交流母线，得模块化多电平换流器的交流出线连至三相变压器的dq等值电路，进一步得dq坐标系下等效方程：式中：L_i为第i个端口折算后的桥臂电抗，R_i为第i个端口折算后的桥臂电阻，I_di、Iq_i分别为第i个端口流向交流母线的电流的d轴分量和q轴分量，v_di、v_qi分别为第i个端口交流电压的d轴分量和q轴分量，u_di、u_qi分别为交流母线电压的d轴分量和q轴分量；端口交流电压与端口直流电压的关系：式中：v_i为第i个端口的交流电压，V_Mi为第i个端口的直流电压，M_i为第i个端口的调制比；②模块化多电平换流器电压初始值生成：将基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律得到的方程联立：式中：A₁为(M‑1)×b的矩阵，阵中元素为线路阻值或零，B₁为(M‑1)×1的列阵，阵中元素为第i个端口的直流电压V_Mi；A₂为(N‑1)×b的矩阵，阵中元素为±1或零，B₂为(N‑1)×1的列阵，阵中元素为换流站流入/流出的电流值；式(3)乘以得直流线路电流与端口直流电压的关系：为了使基于模块化多电平换流器的多端口直流电网潮流控制器内部功率平衡，端口直流侧功率之和应为零，即式中：I_Mi为流入模块化多电平换流器第i个端口的直流线路电流；设定直流线路电流，并把直流线路电流值代入式(4)和式(5)，解方程组即得到端口直流电压；③基于模块化多电平换流器的多端口直流电网潮流控制器的端口控制：基于模块化多电平换流器的多端口直流电网潮流控制器的控制策略是端口1用以维持交流电压稳定，其余端口均运行在定直流电压模式以在线路中串入直流电压；(1)端口1控制：为了令端口1维持稳定的交流电压，要控制端口1直流侧电压稳定；V_M1的一端需要与直流电网的定直流电压站相连接，微调定直流电压站得到稳定的V_M1，V_3ref2＝V_3ref1+ΔV_3ref    ＝V_3ref1+[k_p(V_M1ref‑V_M1)+k_i∫(V_M1ref‑V_M1)dt](6)式中：V_M1ref是端口1直流电压指令值；V_M1是第i个端口的直流电压；V_3ref1是定直流电压站的未修正直流电压指令值；ΔV_3ref是定直流电压站的直流电压修正量；V_3ref2是修正后的定直流电压站的直流电压参考值；k_p为比例系数；k_i为积分系数；(2)其余端口控制：其余端口均运行在以式(1)为基础的定直流电压控制模式，定直流电压控制分为外环控制和内环控制，分别如式(7)和式(8)所示，将第i个端口的直流电压V_Mi代入到式(7)，由式(7)产生的i_diref代入式(8)，再经PWM触发即可得到稳定的V_Mii_diref＝[k_p(V_Miref‑V_Mi)+k_i∫(V_Miref‑V_Mi)dt](7)式中：i_diref为第i个端口流向交流母线的电流指令值的d轴分量，V_Miref为第i端口直流电压的指令值，V_Mi为第i个端口的直流电压；式中：v_di、v_qi分别为第i个端口交流电压的d轴分量和q轴分量，u_di、u_qi分别为交流母线电压的d轴分量和q轴分量，i_diref、i_qiref分别为第i个端口流向交流母线的电流指令值的d轴分量和q轴分量，i_di、l_qi分别为第i个端口流向交流母线的电流的d轴分量和q轴分量。