[發明專利]一種模塊化多電平換流器的橋臂瞬時電流直接控制方法

有效

• 申請號: 201410217178.1
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN104022665A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 楊文博;朱喆;宋強;徐樹楷;劉文華;黎小林;饒宏
• 申請（專利權）人: 清華大學;中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于電力電子裝置控制技術領域，特別涉及一種模塊化多電平換流器的橋臂瞬時電流直接控制方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter，MMC)具有易拓展、有功無功可解耦控制、諧波特性優秀、開關器件損耗小等特點，是柔性直流輸電領域的一種最有應用潛質的電壓源換流器拓撲結構。

模塊化多電平換流器的主要電路如圖1所示。這種換流器由六個橋臂組成，每個橋臂包含一個橋臂電感L_arm和一組子模塊，如圖中虛線框所示。橋臂中的每一個子模塊內都有一個電容和數個電力電子開關，這一電容在換流器運行過程中通過控制保持一個較穩定的直流電壓；同時通過電力電子開關可以改變電容的連接形式，從而在子模塊端口上輸出0電壓或者電容電壓；再通過一個橋臂中多個子模塊的組合，即可合成所需的輸出電壓。記換流器三相交流端口的電壓瞬時值為v_a、v_b、v_c，三相交流端口的電流瞬時值為i_a、i_b、i_c，直流端口的電壓瞬時值為v_dc，直流端口的電流瞬時值為i_dc，換流器內部環流的A相、B相分量瞬時值分別為i_acir、i_bcir(內部環流之和為0，故C相分量為-i_acir-i_bcir，不獨立，不單獨列出)，六個橋臂電流的瞬時值為i_au、i_al、i_bu、i_bl、i_cu、i_cl，六個橋臂中各電容電壓之和的瞬時值為v_aucap、v_alcap、v_bucap、v_blcap、v_cucap、v_clcap。

模塊化多電平換流器的控制系統通常由外環控制器、內環電流控制器和閥觸發脈沖調制器組成。模塊化多電平換流器控制系統的外環控制器根據換流器的工作模式和端口特性要求(如輸出功率、電壓等)生成換流器的端口電壓/電流參考值和環流參考值，通常根據工作模式的不同，對于交流端口可能要求控制端口電壓或者是端口電流，分別會產生交流端口電壓參考值和交流端口電流參考值；對于直流端口也根據工作模式不同可能要求控制端口電壓或者是端口電流，也分別產生直流端口電壓參考值和直流端口電流參考值；此外外環控制器在各工作模式下都會根據當前工況產生環流參考值，或簡單的產生恒為0的環流參考值。值得注意的是，外環控制器的形式需要和內環電流控制器的控制能力匹配，例如如果內環電流控制器沒有直流端口獨立控制的能力，則外環控制器就不能對直流端口進行控制，也就不應生成直流端口的相關參考值。內環電流控制器則根據外環控制器生成的參考值和相關電氣量的當前測值產生換流器六個橋臂的調制波信號。閥觸發脈沖調制器則根據各橋臂的調制波信號產生橋臂中每個開關器件的觸發脈沖，實際控制主電路的運行。本發明提出的控制方法是用于其中的內環電流控制器的一種控制方法。

現有的模塊化多電平換流器的控制系統的內環電流控制器的控制方法通常是對換流器的交流端口電流和內部環流分別采用dq旋轉坐標系下的矢量控制方法進行控制。穩態時dq坐標系下的量都是直流量，容易得到較好的控制效果；但在暫態過程或三相不對稱時dq坐標系下的量也會出現交流分量，導致控制效果下降。另外內部環流采用dq解耦控制通常僅能實現對特定頻率的特定序分量環流的抑制(通常選擇抑制二倍頻負序分量)，而不能實現對環流電流的完全控制，使得在暫態或不對稱條件下各橋臂總電容電壓的動態過程處于不控狀態，容易導致換流器的功率輸出能力受限甚至由于過壓/過流退出運行。

發明內容

本發明的目的是為克服已有內環電流控制方法的不足之處，提出一種模塊化多電平換流器的橋臂瞬時電流直接控制方法。這種控制方法可以在一個控制周期內將各橋臂的電流控制到參考值，其控制響應速度快并且不受暫態過程影響；同時這種控制方法通過對內部環流的控制可以完整控制換流器的內部動態過程，保證換流器不會出現橋臂過流，并可以配合合適的電容電壓控制算法保證換流器在暫態過程和非對稱工況下也不會出現電容過壓。

本發明提出的一種模塊化多電平換流器的橋臂瞬時電流直接控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：