三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法及装置，方法包括：采集当前时刻的电路运行参数，通过坐标转换提取零序电流值；建立两相静止坐标系下的电路预测模型，计算下一时刻输出电流的预测值，利用瞬时功率理论计算各电路参数参考值；构建成本函数，评估每相上下桥臂最优的子模块投入个数；本发明专利技术有效降低了发生故障侧的三相交流馈线不平衡度，减小了单相接地故障对MMC柔性互联系统中直流母线电流与电压波动，改善了MMC换流器中三相环流，提高了换流器输出电能质量以及柔性互联系统的运行性能，提升了配电网中柔性互联装置可靠性，保证了各配电线路的电能质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及的
是电力电子
，尤其涉及一种三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法及装置。

技术介绍

[0002]当前，低压配电网正面临用电需求多样化、分布式发电规模化、潮流控制复杂化等挑战。网架结构不合理、调控手段有限，制约了低压配电网运行控制的灵活性，导致馈线负荷不均衡，变压器利用率低等问题；另一方面，分布式发电的大量接入，变压器出口到用户端的电压损失变化较大，在负荷高峰时段存在低电压的风险。当分布式电源接入后，部分时段功率返送易导致末端电压抬升越限，每相负载不同，使得交流馈线侧出现三相不平衡问题。为了解决以上难题，需从能源分配、能源互补、系统互联等多方面着手，我们希望找到一种柔性互联装置的控制模式，以降低发生故障侧的三相交流馈线不平衡度，提升配电网中柔性互联装置可靠性，保证了各配电线路的电能质量。在发生故障的情况下，柔性互联系统可实现故障侧馈线负荷的灵活快速转供，以及非故障区域的快速恢复，提高供电安全性和可靠性，实现馈线间的互备互供。模型预测控制(model
‑
predictive control，MPC)具有快速的动态响应，并且只需通过电路的数学模型就可得出电路参数的预测值，避免了复杂的控制器设计问题，近些年在MMC控制中得到了广泛应用。
[0003]目前中低压柔性互联系统中两电平背靠背型换流器的应用较为广泛，而MMC换流器具有输出电压稳定、故障穿越能力强、能够补偿零序电流等优势，可以完全取代两电平换流器补偿零序电流，解决三相不平衡问题，但是针对MMC型柔性互联系统的三相不平衡的研究较少。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术解决的技术问题是：针对MMC型柔性互联系统的三相不平衡的研究较少。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供了一种三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法，包括：
[0009]采集当前时刻的电路运行参数，通过坐标转换提取零序电流值；
[0010]根据所述电路运行参数和零序电流值建立两相静止坐标系下的电路预测模型，计算下一时刻输出电流的预测值，并利用瞬时功率理论计算各电路参数参考值；
[0011]根据所述预测值和参数参考值构建成本函数，评估每相上下桥臂最优的子模块投
入个数。
[0012]作为三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法的一种优选方案，其中：MMC柔性互联系统由两个背靠背型MMC换流器组成，两个MMC换流器经过公共直流母线联接，每个MMC换流器由上桥臂和下桥臂组成，每个桥臂由N个半桥子模块和一个桥臂电感Lf组成；半桥子模块由一个直流储能电容与两个互补的IGBT开关组成；
[0013]所述MMC换流器中，u
o
和i
o
分别为MMC换流器交流侧输出电压和电流，u
p
和i
p
分别为上桥臂电压和电流，u
n
和i
n
分别为下桥臂电压和电流，L
f
为桥臂电感，V
dc
为直流侧电压，R与L为并网阻抗；MMC中子模块输出电压可表示为：
[0014]u
sm_xi
＝S
xi
U
cxi
[0015]式中u
sm_xi
表示桥臂x(x＝u,l，表示上桥臂和下桥臂)中第i个子模块输出电压，U
cxi
表示第i个子模块电容电压，S
xi
表示开关函数；当S
xi
＝1时，子模块投入运行，此时子模块输出电压等于电容电压；当S
xi
＝0时，子模块被切除，此时子模块输出电压为0。
[0016]作为三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法的一种优选方案，其中：所述电路运行参数包括：各MMC换流器交流侧输出电压与电流、各桥臂电流、直流侧电压与电流、各桥臂中子模块电容电压值，所述坐标转换为Clark坐标变换；
[0017]所述坐标变换公式如下所示：
[0018][0019][0020]其中，v
α
与v
β
分别代表坐标变换后的αβ坐标系下三相电压值，v
a
、v
b
、v
c
分别代表坐标变换前的abc坐标系下三相电压值，i
α
与i
β
分别代表坐标变换后的αβ坐标系下三相电流值，i
a
、i
b
、i
c
分别代表坐标变换前的abc坐标系下三相电流值，提取的零序电流值i0可表示为：
[0021][0022]作为三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法的一种优选方案，其中：所述利用瞬时功率理论计算各电路参数参考值包括：通过定义瞬时有功功率p与瞬时无功功率q，可将瞬时电流分解为瞬时有功电流与瞬时无功电流；瞬时功率理论计算公式如下所示：
[0023][0024]作为三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法的一种优选方案，其中：所述建立电路预测模型包括：作离散化处理如下所示：
[0025][0026][0027]其中u
α
(k)与u
β
(k)分别代表坐标变换后的αβ坐标系下MMC输出三相电压值，e
α
(k)与e
β
(k)分别代表坐标变换后的αβ坐标系下三相交流馈线的电压值；
[0028]MMC输出电压值与桥臂数投入之间的关系为：
[0029][0030]其中n
ap
、n
bp
、n
cp
分别代表abc三相上桥臂投入子模块个数，n
an
、n
bn
、n
cn
分别代表abc三相下桥臂投入子模块个数，Vc为桥臂子模块电压平均值。
[0031]作为三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法的一种优选方案，其中：所述构建成本函数包括：将预测值与参考值作为输入值，代入成本函数中求得使成本函数最小的桥臂子模块最优投入个数，将每相桥臂最优投入个数分别送入控制器中进行独立控制，构建的成本函数如下所示：
[0032]g＝|i
αref
‑
i
α
(k+1)|+|i
βref
‑
i
β
(k+1)|+λ|i
0ref...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法，其特征在于，包括：采集当前时刻的电路运行参数，通过坐标转换提取零序电流值；根据所述电路运行参数和零序电流值建立两相静止坐标系下的电路预测模型，计算下一时刻输出电流的预测值，并利用瞬时功率理论计算各电路参数参考值；根据所述预测值和参数参考值构建成本函数，评估每相上下桥臂最优的子模块投入个数。2.如权利要求1所述的三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法，其特征在于，包括：MMC柔性互联系统由两个背靠背型MMC换流器组成，两个MMC换流器经过公共直流母线联接，每个MMC换流器由上桥臂和下桥臂组成，每个桥臂由N个半桥子模块和一个桥臂电感Lf组成；半桥子模块由一个直流储能电容与两个互补的IGBT开关组成；所述MMC换流器中，u
o
和i
o
分别为MMC换流器交流侧输出电压和电流，u
p
和i
p
分别为上桥臂电压和电流，u
n
和i
n
分别为下桥臂电压和电流，L
f
为桥臂电感，V
dc
为直流侧电压，R与L为并网阻抗；MMC中子模块输出电压可表示为：u
sm_xi
＝S
xi
U
cxi
式中u
sm_xi
表示桥臂x(x＝u,l，表示上桥臂和下桥臂)中第i个子模块输出电压，U
cxi
表示第i个子模块电容电压，S
xi
表示开关函数；当S
xi
＝1时，子模块投入运行，此时子模块输出电压等于电容电压；当S
xi
＝0时，子模块被切除，此时子模块输出电压为0。3.如权利要求2所述的三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法，其特征在于，所述电路运行参数包括：各MMC换流器交流侧输出电压与电流、各桥臂电流、直流侧电压与电流、各桥臂中子模块电容电压值，所述坐标转换为Clark坐标变换；所述坐标变换公式如下所示：所述坐标变换公式如下所示：其中，v
α
与v
β
分别代表坐标变换后的αβ坐标系下三相电压值，v
a
、v
b
、v
c
分别代表坐标变换前的abc坐标系下三相电压值，i
α
与i
β
分别代表坐标变换后的αβ坐标系下三相电流值，i
a
、i
b
、i
c
分别代表坐标变换前的abc坐标系下三相电流值，提取的零序电流值i0可表示为：4.如权利要求3所述的三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法，其特征在于，所述利用瞬时功率理论计算各电路参数参考值包括：通过定义瞬时有功功率p与瞬时无功功率q，可将瞬时电流分解为瞬时有功电流与瞬时无功电流；瞬时功率理论计算公式如下所示：
5.如权利要求4所述的三相不平衡工况下的MMC柔性互联系统的控制方法，其特征在于，所述建立电路预测模型包括：作离散化处理如下所示：于，所述建立电路预测模型包括：作离散...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，张明理，宋卓然，王春生，程孟增，胡诗尧，潘霄，牛威，商文颖，赵琳，周识远，潘飞，黄玉辉，李剑锋，胡旌伟，高靖，杨博，吉星，
申请(专利权)人：上海交通大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：