一种通用的抑制MMC电容电压波动的谐波耦合注入方法技术

一种通用的抑制MMC电容电压波动的谐波耦合注入方法，它包括以下步骤：步骤1：获得二倍频环流和三倍频电压耦合注入后的三相桥臂瞬时功率表达式，并以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量为基础，建立优化目标函数；步骤2：根据优化计算结果确定二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位；步骤3：根据计算的幅值、相位生成控制器所需要的参考信号。生成控制器所需要的参考信号。生成控制器所需要的参考信号。

【技术实现步骤摘要】
一种通用的抑制MMC电容电压波动的谐波耦合注入方法
[0001]本专利技术属于直流输电
，具体涉及柔性直流输电技术，尤其涉及一种适用于多工况的抑制MMC电容电压波动的二次、三次谐波耦合注入方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电(VSC
‑
HVDC)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。柔性直流输电技术具有有功、无功可独立调节，弱电网接入和低电压穿越能力强，低交流滤波及无功补偿需求等特点。模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有具备控制灵活、模块扩展性、开关频率低、谐波含量低等特点。目前，我国已建成的上海南汇柔性直流工程、南澳三端柔性直流工程、舟山五端柔性直流工程、厦门
±
320kV柔性直流示范工程及张北直流电网工程均采用MMC结构。
[0003]然而相同容量下MMC相较于传统的电流源型换流器(LCC)，存在着体积重量大的问题。在国家大力发展远海风电的时代背景下，远海风电经MMC送出是目前普遍接受的解决方案之一。MMC子模块电容占子模块体积的1/2以上、成本的1/3左右，降低MMC的体积和重量有助于降低海上平台和换流站本身的建设成本。海上风电场景工况多变，因此开展适用于多工况下的电容电压波动抑制策略研究以减少电容容值设计需求，具有重大的理论和工程意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了对MMC换流阀桥臂功率的波动进行有效抑制，以降低子模块电容电压波动，进而减少子模块电容容值的设计需求，从而降低子模块电容体积，并最终降低MMC的体积，而提供的一种适用于多工况的抑制MMC电容电压波动的二三次谐波耦合注入方法。
[0005]一种通用的抑制MMC电容电压波动的谐波耦合注入方法，其特征在于，它包括以下步骤：
[0006]步骤1：获得考虑二倍频环流和三倍频电压耦合注入后的三相桥臂瞬时功率表达式，并以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量为基础，建立优化目标函数；
[0007]步骤2：根据优化计算结果确定二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位；
[0008]步骤3：根据计算的幅值、相位生成控制器所需要的参考信号。
[0009]在步骤1中，在获得考虑二倍频环流和三倍频电压耦合注入后的三相桥臂瞬时功率表达式时，包括：
[0010]1)获得不同工况的考虑二次谐波电流和三次电压耦合注入的三相桥臂电流表达式；
[0011]2)获得不同工况的三相桥臂电压表达式；
[0012]3)获得不同工况的三相桥臂瞬时功率。
[0013]3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
[0014]MMC网侧三相电压可以表示如下：
[0015][0016]式中，x、y、z为三相电压跌落系数，取值为0～1；t为变压器变比；U
m
为稳态条件下的阀侧交流电压幅值；ω为基波角频率；γ为变压器移向角；
[0017]经过abc
‑
dq0变换，得到网侧正、负、零序电压表示如下：
[0018][0019]其中定义为旋转因子；
[0020]当MMC稳态运行时，x，y，z＝1；在交流电压不平衡条件下，三相不再对称，且会出现负序电压、电流分量。不平衡的程度和方式不同，三相电压的跌落系数不同，三相电压的序分量大小也不同。
[0021]考虑二次谐波电流注入的a相桥臂电流可以表示为：
[0022][0023]其中i
au
、i
al
分别为a相上桥臂电流和下桥臂电流；分别为功率因数角和二次谐波电流相位角；I
dc_a
为a相桥臂电流的直流分量；I
m
为交流测电流幅值；k2为二次谐波注入系数；λ为交流电流修正系数；
[0024]a相考虑三次谐波电压注入，以及注入的二倍频电流在桥臂电感上产生的二次谐波电压桥臂电压可以表示为：
[0025][0026]其中u
au
、u
al
分别为a相上桥臂电压和下桥臂电压；m
a+
、m
a
‑
分别为a相正、负序电压调制比；α
a+
、α
a
‑
分别为a相正、负序交流电压相位角；U
dc
为直流侧电压值；k3为三次谐波注入系数；二次谐波注入系数k2、三次谐波注入系数k3和常数c的表达式如下：
[0027][0028]常数c由直流功率P
dc
和直流电压U
dc
决定，I2为注入的二次电流幅值，U3为注入的三次谐波电压幅值；
[0029]由于桥臂对称性，所以本方法只分析上桥臂，下桥臂的功率波动功率特性与上桥臂相同。由桥臂电流、电压表达式可知，a相上桥臂瞬时功率波动P
au
可表示为：
[0030][0031]其中，基频和二倍频波动分量具体表达式如下所示：
[0032][0033]由于子模块上能量不能无限积聚，直流分量应为0。可得a相桥臂中流过的直流分量为：
[0034][0035]在步骤1中，以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量作为抑制目标，建立优化目标函数时，根据含二倍频环流和三倍频电压耦合注入的三相上桥臂瞬时功率，得到三相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动，进而得到波动幅值；
[0036]根据获得的三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动的波动幅值建立目标函数如下：
[0037][0038]其中，|P
xu_1
|与|P
xu_2
|分别为三相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动的波动幅值，x＝a,b,c；k表示电容电压二次波动的权重系数。
[0039]5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：a相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动为：
[0040][0041]其中，P
au_1
和P
au_2
分别为a相上桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动；
[0042]对P
au_1
和P
au_2
进行恒等变换，得到：
[0043][0044][0045]根据上述恒等变换结果，得到P
au_1
和P
au_2
波动幅值为：
[0046][0047]以上表达式都以a相为例，但如果三相电网电压跌落的程度不相同，三相桥臂的波动特性也不对称，但各相计算方式相同，只需将以上各式中的正负序电压调制比和正负序电压相角进行修正即可得到b相和c相的表达式。此后的推导计算也以a相为例进行。由以上分析，同理可得到b相和c相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动的幅值P
bu_1
、P
bu_2
和P
cu_1
、P
cu_2
为：
[0048][0049][0050]根据二倍频环流和三倍频电压耦合注入的幅值和相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用的抑制MMC电容电压波动的谐波耦合注入方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1：获得考虑二倍频环流和三倍频电压耦合注入后的三相桥臂瞬时功率表达式，并以三相桥臂瞬时功率的基频和二倍频波动分量为基础，建立优化目标函数；步骤2：根据优化计算结果确定二倍频环流和三倍频电压注入的幅值和相位；步骤3：根据计算的幅值、相位生成控制器所需要的参考信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，在获得考虑二倍频环流和三倍频电压耦合注入后的三相桥臂瞬时功率表达式时，包括：1)获得不同工况的考虑二次谐波电流和三次电压耦合注入的三相桥臂电流表达式；2)获得不同工况的三相桥臂电压表达式；3)获得不同工况的三相桥臂瞬时功率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，MMC网侧三相电压可以表示如下：式中，x、y、z为三相电压跌落系数，取值为0～1；t为变压器变比；U
m
为稳态条件下的阀侧交流电压幅值；ω为基波角频率；γ为变压器移向角；经过abc
‑
dq0变换，得到网侧正、负、零序电压表示如下：其中定义为旋转因子；当MMC稳态运行时，x、y、z＝1；在交流电压不平衡条件下，三相不再对称，且会出现负序电压、电流分量。不平衡的程度和方式不同，三相电压的跌落系数不同，三相电压的序分量大小也不同。考虑二次谐波电流注入的a相桥臂电流可以表示为：其中i
au
、i
al
分别为a相上桥臂电流和下桥臂电流；分别为功率因数角和二次谐波电流相位角；I
dc_a
为a相桥臂电流的直流分量；I
m
为交流测电流幅值；k2为二次谐波注入系数；λ为交流电流修正系数；考虑注入的三次谐波电压，以及二倍频电流在桥臂电感上产生的二次谐波电压，a相桥臂电压可以表示为：
其中u
au
、u
al
分别为a相上桥臂电压和下桥臂电压；m
a+
、m
a
‑
分别为a相正、负序电压调制比；α
a+
、α
a
‑
分别为a相正、负序交流电压相位角；U
dc
为直流侧电压值；k3为三次谐波注入系数；二次谐波注入系数k2、三次谐波注入系数k3和常数c的表达式如下：常数c由直流功率P
dc
和直流电压U
dc
决定，I2为注入的二次电流幅值，U3为注入的三次谐波...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉坤，王鋆鑫，许建中，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：