[發明專利]一種模塊化多電平換流器孤島切換控制方法

在審

• 申請號: 201310572484.2
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103647286A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 吳金龍;姚為正;張建;楊美娟;韓坤;左廣杰;劉普;梁燕
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;許繼電氣股份有限公司;西安許繼電力電子技術有限公司
• 主分類號: H02J3/14
• 分類號: H02J3/14
• 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

本發明涉及一種模塊化多電平換流器孤島切換控制方法。

背景技術

基于模塊化多電平換流器MMC的柔性直流輸電技術，采用全控型電力電子器件及模塊化結構，在提高直流電壓等級和系統容量，擴大控制靈活度的同時具有極強的可擴展性和容錯性，可直接向無源負荷供電，是直流輸電技術發展的趨勢。

鑒于MMC輸電系統大容量和高控制靈活度的優勢，有時需要其在外部電網故障時不脫離輸電系統而持續為區域負荷供電，保持離網運行，而當電網再次正常時，系統則需適時退出離網模式，重新并入電網恢復并網運行。為了降低電網故障對區域負荷的影響，保證負荷的可靠供電，要求MMC能快速、可靠的在并網模式與離網模式之間進行孤島切換，且切換過程中盡可能平滑、穩定。

現有技術中沒有一種穩定、可靠的孤島切換控制策略。

發明內容

本發明的目的是提供一種模塊化多電平換流器孤島切換控制方法，用以解決現有技術沒有可靠的孤島切換控制方法的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括：

一種模塊化多電平換流器孤島切換控制方法，換流器控制器采用雙環dq軸解耦控制，內環為換流器輸出電流環，在并網控制模式時為直流電壓環或交流有功、無功環的并網控制外環，在離網控制模式時為交流電壓環；孤島切換方法包括如下步驟：

1）換流器并網運行，當孤島發生時：斷開換流器與外部電網的并網聯絡斷路器；將外環切換為離網交流電壓外環，記憶切換前電流內環指令值以及電網電壓幅值和相位，分別作為切換時外環調節器輸出初值和交流電壓指令初始值；逐漸調節交流電壓指令使換流器工作在輸出電壓等于額定電網電壓的控制模式；

2）換流器離網模式運行，當電網恢復正常時：調節換流器輸出交流電壓使其跟蹤電網電壓；當換流器輸出交流電壓與電網電壓二者的幅值、相位差小于等于對應預定值且持續一定時間后，合上并網聯絡斷路器；將外環切換為并網控制外環，記憶切換前換流器輸出功率/直流電壓以及電流內環指令值，分別作為切換時外環指令值和外環調節器輸出初值；逐漸調節外環指令至參考值使換流器并網運行。

在1）中，交流電壓控制環D軸指令以記憶的切換前電網電壓幅值為初值，之后以一定步長逐漸調節至額定電網電壓幅值；交流電壓控制環Q軸指令維持0V不變；進行坐標變換時所需參考的角度以記憶的切換前電網電壓相位為初值，之后以314.16rad/s的恒定角速度積分得到。

電網恢復正常后，需要首先檢測電網電壓幅值和相位，然后根據電網電壓與換流器輸出電壓幅值和相位的差值關系，逐漸調節換流器交流電壓環D軸指令和控制用角速度值，保證并網聯絡斷路器兩側電壓幅值和相角都相同。

母線電壓為初值，之后以一定步長逐漸調節至參考值；并網控制外環Q軸指令以記憶的切換前換流器輸出無功功率為初值，之后以一定步長逐漸調節至參考值；進行坐標變換時所需參考的角度為對電網電壓鎖相得到的角度。

變流器控制結構來實現模式切換。本發明中涉及的變流器并網運行控制方法、離網運行控制方法都是比較成熟的控制方法，通過合理的控制結構的切換即可實現變流器的孤島切換。該方法原理簡單、實現簡便，確保了模塊化多電平換流器在離網、并網模式之間的平滑切換，且不對本地負荷造成供電中斷，滿足了電力系統安全可靠、高質量電能供應的要求。

附圖說明

圖1是本發明的控制結構圖；

圖2是本發明的運行模式和控制目標示意圖；

圖3是坐標變換示意圖；

圖4是本發明的實施流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。

模塊化多電平換流器系統控制結構如圖1所示，換流器直流側接入柔性直流輸電系統的直流母線，交流連接本地負荷。換流器通過并網聯絡斷路器與電網連接，當該斷路器合上時，換流器并網運行，其所接入本地負荷可由換流器和電網同時供電；當該斷路器斷開時，換流器轉為離網運行模式，其所接入本地負荷由換流器獨立供電。

圖1同時示出模塊化多電平換流器主電路結構，主功率模塊中六個橋臂各含相同數目的子模塊及一個橋臂電抗器，采用三相逆變橋結構連接，其輸出經過一臺功率變壓器將電壓等級調整至電網電壓。換流器在并網運行時，若需要維持直流母線電壓恒定，則采用定直流母線電壓結合定無功功率的控制模式，若要輸送功率，則采用定有功功率和定無功功率的控制模式；換流器在離網運行時，必須穩定交流母線電壓，因此采用定交流母線電壓控制。