[發(fā)明專利]一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410685253.7
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104393745A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 周月賓;許樹楷;黎小林;朱喆;陳俊;羅雨
• 申請（專利權）人: 中國南方電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)技術研究中心;南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M1/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子技術應用和電力系統(tǒng)輸配電領域，尤其涉及一種MMC(模塊化多電平換流器)的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動抑制方法。

背景技術

由于采用全控型電力電子功率器件(比如IGBT和IEGT)以及脈寬調(diào)制策略，因此，以電壓源換流器為核心的柔性直流輸電技術具有有功無功獨立控制和潮流反轉方便等優(yōu)點。與基于晶閘管的常規(guī)直流輸電技術相比，柔性直流輸電技術易于構成多端直流輸電，可向無源網(wǎng)絡系統(tǒng)供電(比如孤島、海上鉆井平臺)，特別適合于新能源發(fā)電并網(wǎng)(比如風力發(fā)電、光伏發(fā)電等)。與2-level或者3-level電壓源換流器相比，模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter，MMC)通過工作電壓水平較低的子模塊相互級聯(lián)技術，可有效避免電力電子開關器件的串聯(lián)問題，以此解決串聯(lián)器件的動態(tài)、靜態(tài)均壓問題。

環(huán)流是MMC(模塊化多電平換流器)拓撲結構所帶來的特殊問題，并對MMC的正常運行帶來不利影響：首先，環(huán)流增大橋臂電流的有效值，增大流過子模塊功率器件的電流水平，加劇功率器件的有功損耗，最終降低換流器單元的功率運行范圍；其次，環(huán)流加劇子模塊電壓波動的幅度，在規(guī)定電壓波動范圍的條件下，環(huán)流增大子模塊電容值，增加換流器的成本投資。因此，在實際工程中，需要考慮環(huán)流抑制問題。從當前的應用來看，環(huán)流抑制技術大多采用基于負序2倍頻旋轉坐標變換的環(huán)流抑制控制器(CN101854061A)，該控制器利用三相MMC環(huán)流以2倍頻分量為主的特點，利用負序2倍頻旋轉坐標變換，將3相MMC的負序2倍頻環(huán)流轉換為2個直流分量，然后利用比例積分控制器對其加以抑制。該控制器的主要優(yōu)點在于控制思路簡單直接，實現(xiàn)方便；但是，該控制器必須對MMC的橋臂電流進行采樣，并且僅能應用于3相MMC中，在交流系統(tǒng)不對稱的情況下，該控制器的控制效果不好。為此，本發(fā)明提出一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動抑制方法，不但能夠抑制MMC的內(nèi)部環(huán)流，還能改善直流電流的動態(tài)響應特性；無論在交流系統(tǒng)正常還是交流系統(tǒng)故障情況下，均能可靠工作，魯棒性好；此外，該方法并不需要對各橋臂電流進行采樣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動抑制方法，本發(fā)明不但能夠抑制MMC的內(nèi)部環(huán)流，還能改善直流電流的動態(tài)響應特性；無論在交流系統(tǒng)正常還是交流系統(tǒng)故障情況下，均能可靠工作，魯棒性好。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：本發(fā)明的MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動抑制方法，包括如下過程：

1)基于子模塊電壓估算的調(diào)制環(huán)節(jié)：估算各橋臂的子模塊電壓，利用調(diào)制方法得到各橋臂期望投入的子模塊數(shù)；

2)基于直流電流波動反饋的比例控制環(huán)節(jié)：比例控制環(huán)節(jié)修正各橋臂期望投入的子模塊數(shù)。

上述步驟1)中，估算各橋臂的子模塊電壓在模塊化多電平換流器的各相單元中是獨立進行，具體實現(xiàn)方法如下：

式(1)～(2)中：u_cpx和u_cnx分別為MMC第x相的上、下橋臂的子模塊電壓估算值，U_cref為子模塊電容電壓的額定運行值，ω為基頻角頻率，ε_1x和ε_2x分別為MMC第x相的子模塊電壓基頻波動與2倍頻波動的幅度，和分別為其初相角，ε_1x、ε_2x、和分別按如下各式計算：

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