[發明專利]一種MMC上下橋臂分離控制方法

有效

• 申請號: 201310259329.5
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103368431A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 姚為正;張建;王先為;吳金龍;韓坤;劉普
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;西安許繼電力電子技術有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明屬于電力系統中柔性直流輸電、電力電子和用戶電力技術利用技術領域，具體涉及一種新型MMC上下橋臂分離控制方法。

背景技術

模塊化多電平環流器(modular?multilevel?converter,MMC)拓撲結構中一個重要的特點是將儲能電容放到了串聯的子模塊當中，在理想情況下，認為子模塊（Sub-Module，SM）的電容電壓恒定。而實際當中，由于流過橋臂的電流由交流和直流分量組成，該電流會對SM電容進行充放電，導致其電壓波動，從而在橋臂電抗器L上產生諧波電流，而此諧波電流進一步造成SM電容的電壓波動，最終在橋臂電流中產生一系列穩定的諧波分量，導致波形畸變，并因此造成橋臂電流有效值增加，影響系統的容量和安全余量，并產生不必要的功耗。另外，由于電容電壓的波動，使得一相中上下橋臂的電壓和與直流母線電壓不相同，導致環流的產生。環流交流分量增大了橋臂電流的有效值使得這個橋臂的損耗相應的增加，同時電容電壓也會波動更大，另外交流分量在橋臂電感上的壓降會對閥側輸出交流電壓產生諧波干擾。因此有必要消除此交流分量，以降低環流閥損耗以及改善閥側輸出的交流電壓的波形。

目前來講，MMC環流抑制的方法主要有三大類：

第一類方法是基于橋臂能量估測的開環控制方法，能夠有效降低MMC中的環流，并且能夠大量減少傳感器和光纖的數量，但最大的缺點是需要準確知道系統的參數。

第二類方法是通過檢測橋臂間的環流，對其進行閉環控制，此類方法又分為相似的兩種：第一種方法認為MMC環流主要是二倍頻負序，因此通過二次負序旋轉變換，在dq坐標系下采用PI調節器對環流進行閉環控制，此方法僅對二次環流進行了有效抑制，對高次環流抑制效果不佳，中國專利號201010162065.8公開了“一種三相模塊化多電平環流器環流抑制方法”，通過將二倍頻環流進行dq變換，通過解耦控制給出附加設定量，從而實現二倍頻電流的抑制，但是該方式僅適用于穩態工況；第二種方法認為基于MMC環流除了二倍頻負序，還包含其余所有高頻偶次諧波成分的分析，通過在abc坐標系下采用多個偶次倍頻的PR調節器對環流進行閉環控制，并指出適用于單相和三相多種場合應用，這兩種方法均具有良好的環流抑制特性，但缺點在于其控制效果對PR調節器的設定頻率具有很強的依賴性。

第三類方法是采用上下橋臂分離控制，對每個橋臂均采用獨立的PI控制器，也即等同于在abc坐標系下對上下橋臂組進行分離控制，因此其對低頻域的環流是有一定抑制作用的，但缺點在于其是有差控制，不能有效消除環流。

發明內容

本發明的目的是提供一種MMC上下橋臂分離控制方法，為MMC的基本控制及環流抑制提供一種新的控制方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種MMC上下橋臂分離控制方法，步驟如下：將電網電流指令分別乘以上、下橋臂的電流指令系數k_u和k_d作為上下橋臂的電流內環指令值，再分別采樣上、下橋臂的電流作為反饋信號，通過解耦控制器的解耦控制及信號處理對上、下橋臂分別做閉環控制，實現上、下橋臂電流的輸出；其中0≤k_u≤1，0≤k_d≤1；k_u+k_d=1。

基于abc靜止坐標系下，所述解耦控制器為PR解耦控制器，其對應的電網電流指令為相電網電流指令，PR解耦控制器的調諧頻率在基波、2次、4次及各偶次頻率處；基于dq旋轉坐標系下，所述解耦控制器為PI解耦控制器，其對應的電網電流指令為d軸或q軸電網電流指令；所述PI解耦控制器的旋轉頻率在基波、2次、4次及各偶次頻率處。

所述電流指令為預先給定的電流指令值或外環控制器輸出的電流指令值，此指令值均分給上、下橋臂時，使MMC運行于上、下橋臂電抗有差的工況，上、下橋臂輸出相同的電流，實現上、下橋臂電流的均衡控制；此指令值不均分給上、下橋臂時，上、下橋臂輸出不同的電流，實現上、下橋臂的非對稱運行。

所述解耦控制及信號處理的過程如下：上、下橋臂反饋信號在對應電流內環指令值下，通過相應解耦控制器的解耦控制和上、下橋臂被控對象傳遞函數處理后，所得電壓值與對應電網電壓相減后再經過相應電抗的傳遞函數處理，得到上、下橋臂的輸出電流。