一种MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法技术

本发明专利技术公开一种MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法，该方法由基于子模块电压估算的调制环节和基于直流电流波动反馈的比例控制环节两部分构成。调制环节首先估算各桥臂的子模块电压，然后利用一定的调制技术得到各桥臂期望投入的子模块数，本发明专利技术的方法可有效抑制MMC的谐波环流。比例控制环节修正各桥臂期望投入的子模块数，不但可进一步消除因估算误差所带来的环流波动，能够抑制MMC的内部环流，还可有效增大MMC的内部等效阻尼，改善直流电流的动态响应特性。本发明专利技术用于抑制MMC的谐波环流和直流功率波动，无论在交流系统正常还是交流系统故障情况下，均能可靠工作，鲁棒性好；此外，本发明专利技术的方法并不需要对各桥臂电流进行采样。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子技术应用和电力系统输配电领域，尤其涉及一种MMC(模块化多电平换流器)的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法。
技术介绍
由于采用全控型电力电子功率器件(比如IGBT和IEGT)以及脉宽调制策略，因此，以电压源换流器为核心的柔性直流输电技术具有有功无功独立控制和潮流反转方便等优点。与基于晶闸管的常规直流输电技术相比，柔性直流输电技术易于构成多端直流输电，可向无源网络系统供电(比如孤岛、海上钻井平台)，特别适合于新能源发电并网(比如风力发电、光伏发电等)。与2-level或者3-level电压源换流器相比，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)通过工作电压水平较低的子模块相互级联技术，可有效避免电力电子开关器件的串联问题，以此解决串联器件的动态、静态均压问题。环流是MMC(模块化多电平换流器)拓扑结构所带来的特殊问题，并对MMC的正常运行带来不利影响：首先，环流增大桥臂电流的有效值，增大流过子模块功率器件的电流水平，加剧功率器件的有功损耗，最终降低换流器单元的功率运行范围；其次，环流加剧子模块电压波动的幅度，在规定电压波动范围的条件下，环流增大子模块电容值，增加换流器的成本投资。因此，在实际工程中，需要考虑环流抑制问题。从当前的应用来看，环流抑制技术大多采用基于负序2倍频旋转坐标变换的环流抑制控制器(CN101854061A)，该控制器利用三相MMC环流以2倍频分量为主的特点，利用负序2倍频旋转坐标变换，将3相MMC的负序2倍频环流转换为2个直流分量，然后利用比例积分控制器对其加以抑制。该控制器的主要优点在于控制思路简单直接，实现方便；但是，该控制器必须对MMC的桥臂电流进行采样，并且仅能应用于3相MMC中，在交流系统不对称的情况下，该控制器的控制效果不好。为此，本专利技术提出一种MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法，不但能够抑制MMC的内部环流，还能改善直流电流的动态响应特性；无论在交流系统正常还是交流系统故障情况下，均能可靠工作，鲁棒性好；此外，该方法并不需要对各桥臂电流进行采样。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法，本专利技术不但能够抑制MMC的内部环流，还能改善直流电流的动态响应特性；无论在交流系统正常还是交流系统故障情况下，均能可靠工作，鲁棒性好。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法，包括如下过程：1)基于子模块电压估算的调制环节：估算各桥臂的子模块电压，利用调制方法得到各桥臂期望投入的子模块数；2)基于直流电流波动反馈的比例控制环节：比例控制环节修正各桥臂期望投入的子模块数。上述步骤1)中，估算各桥臂的子模块电压在模块化多电平换流器的各相单元中是独立进行，具体实现方法如下：式(1)～(2)中：ucpx和ucnx分别为MMC第x相的上、下桥臂的子模块电压估算值，Ucref为子模块电容电压的额定运行值，ω为基频角频率，ε1x和ε2x分别为MMC第x相的子模块电压基频波动与2倍频波动的幅度，和分别为其初相角，ε1x、ε2x、和分别按如下各式计算： ϵ 2 x = NS x 4 ωCU dc 2 - - - ( 4 ) ]]>式(3)～(9)中：N为MMC的桥臂子模块数，C为子模块电容值，Udc为直流电压，mx为MMC第x相的调制比，Sx为MMC第x相的视在容量，和分别为MMC第x相的内部虚拟电动势和输出电流的初相角。根据式(1)～(2)估算得到MMC第x相的上、下桥臂的子模块电压估算值以后，再利用一定的调制方法得到MMC第x相上、下桥臂期望投入的子模块数Npx1和Nnx1： N px 1 = Mod ( 0.5 U dc - e refx u cpx ) - - - ( 10 ) ]]> N nx 1 = Mod ( 0.5 U dc + e refx u cnx ) - - - ( 11 ) ]]>上式中：Npx1和Nnx1分别为MMC第x相的上、下桥臂期望投入的子模块数；Mod(x)代表调制方式，在具体的实现过程中，采用最近电平逼近调制、载波移相调制、载波层叠调制；erefx为MMC第x相的内部虚拟电动势的参考电压，用于MMC的功率控制，该控制采用已经成熟的控制方法。上述步骤2)中，比例控制环节的主要目的是修正MMC的桥臂参考电压，具体实现方法如下：首先将测量得到的直流电流值idc经过高通滤波器HPF(s)进行滤波，得到直流电流的波动分量；然后将直流电流的波动分量输入给比例控制环节；比例控制环节的输出即为桥臂参考电压的修正值Δuref；得到桥臂参考电压的修正值Δuref之后，即可在式(9)～(10)的基础上进一步修正MMC第x相上、下桥臂需要投入的子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法，其特征在于包括如下过程：1)基于子模块电压估算的调制环节：估算各桥臂的子模块电压，利用调制方法得到各桥臂期望投入的子模块数；2)基于直流电流波动反馈的比例控制环节：比例控制环节修正各桥臂期望投入的子模块数。

【技术特征摘要】
1.一种MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制方法，其特征在于
包括如下过程：
1)基于子模块电压估算的调制环节：估算各桥臂的子模块电压，利用
调制方法得到各桥臂期望投入的子模块数；
2)基于直流电流波动反馈的比例控制环节：比例控制环节修正各桥臂
期望投入的子模块数。
2.根据权利要求1所述的MMC的谐波环流抑制和直流功率波动抑制
方法，其特征在于上述步骤1)中，估算各桥臂的子模块电压在MMC的各
相单元中是独立进行，具体实现方法如下：
式(1)～(2)中：ucpx和ucnx分别为MMC第x相的上、下桥臂的子模块电压
估算值，Ucref为子模块电容电压的额定运行值，ω为基频角频率，ε1x和ε2x分别为MMC第x相的子模块电压基频波动与2倍频波动的幅度，和分别为其初相角，ε1x、ε2x、和分别按如下各式计算：
ϵ 2 x = NS x 4 ω CU dc 2 - - - ( 4 ) ]]>式(3)～(9)中：N为MMC的桥臂子模块数，C为子模块电容值，Udc为
直流电压，mx为MMC第x相的调制比，Sx为MMC第x相的视在容量，和分别为MMC第x相的内部虚拟电动势和输出电流的初相角；
根据式(1)～(2)估算得到MMC第x相的上、下桥臂的子模块电压估算值
以后，再利用一定的调制方法得到MMC第x相上、下桥臂期望投入的子
模块数Npx1和Nnx1：
N px 1 = Mod ( 0.5 U dc - e refx u cpx ) - - - ( 10 ) ]]> N nx 1 = Mod ( 0.5 U dc - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周月宾，许树楷，黎小林，朱喆，陈俊，罗雨，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44