[發明專利]一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器環流抑制方法

有效

• 申請號: 201711399082.1
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108448919B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 張亮;朱泱;孫玉坤;孟高軍;水恒華;袁宇波;花婷
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發明屬于直流輸電技術領域，具體地說，是一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器環流抑制方法，通過分析MMC環流產生的機理，建立橋臂環流所對應的抑制模型，提出一種虛擬電抗對MMC上、下橋臂電壓進行修正，以達到環流抑制的目的。該方法通過軟件算法虛擬出一個硬件等效電抗器以改變每相橋臂的等效輸出電抗，從而有效地抑制模塊化多電平變換器的環流問題。

技術領域

本發明屬于直流輸電技術領域，具體地說，是一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器環流抑制方法。

背景技術

模塊化多電平變換器(MMC)自2002年第一次提出后就引起世界各國學者的廣泛關注，相比于傳統的多電平變換器，模塊化多電平變換器憑借高度模塊化的設計使其具有良好的電壓擴展能力與功率擴展能力且輸出電壓波形質量好，但模塊化多電平變換器最大的優勢還在于它具有公共直流母線，從而使三相橋臂之間能夠進行能量交換，有利于三相平衡控制。

模塊化多電平變換器的能量是分散存儲在各個子模塊電容中，理論上每個子模塊參數是完全相同的，但實際由于電容參數的微小差異、子模塊投入時間不同以及器件損耗等問題，變換器能量不能平均分配，而由于三相橋臂并聯在直流電壓兩端的結構特性，這就會在橋臂間產生環流。

環流與MMC各電氣量所滿足的一階微分方程形式如下：

由一階微分方程可以看出，x相的內部環流在橋臂電抗及橋臂等效電阻上的壓降正是由于上、下橋臂的電壓之和與直流側電壓不等而引起的，并且環流只存在于MMC內部電路，雖對MMC外側所接電源或負荷沒有影響，但它的存在會使橋臂電流發生畸變，造成開關器件損耗，甚至影響到補償系統的安全運行。

目前針對環流的抑制方法是通過在硬件上增加橋臂電抗的電抗值來減小三相橋臂間的環流，但實際橋臂電抗值選取的過大，會影響MMC系統的跟蹤能力，而且過大的電感會帶來體積與成本增加等問題。因此針對現有問題，本文提出了一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器的環流抑制方法，目的是為了提高MMC等效輸出橋臂電抗，并不僅僅是增加硬件上的橋臂電抗來抑制環流。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器的環流抑制方法，通過分析MMC環流產生的機理，建立橋臂環流所對應的抑制模型，提出一種虛擬電抗對MMC上、下橋臂電壓進行修正，以達到環流抑制的目的。該方法通過軟件算法虛擬出一個硬件等效電抗器以改變每相橋臂的等效輸出電抗，從而有效地抑制模塊化多電平變換器的環流問題。

本發明采用的具體技術方案如下：

一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器的環流抑制方法的設計方案，具體包括下列各步驟：

根據MMC環流產生的機理建立相應的環流抑制模型，該環流抑制模型是由電壓源V_z、電壓源2V_diff與橋臂電抗L_a、橋臂電阻R_a串聯構成。利用極性相反的電壓源2V_diff對上、下橋臂電壓進行修正，從而減小電壓源V_z，以達到抑制環流i_z的目的。

根據對電壓修正量V_diff的分析，將其看成是一個虛擬電抗的壓降，提出了一種基于虛擬電抗的模塊化多電平變換器的環流抑制方法。該虛擬電抗器是由電流比較單元、運算處理單元、電壓產生單元組成。利用虛擬電抗器的電流比較單元將橋臂環流的電流信號與參考信號進行比較，通過虛擬電抗器的處理后產生相應的電壓修正信號，再通過電壓產生單元對MMC上、下橋臂電壓進行修正。運算處理單元是根據對環流特性的在線分析而設計的虛擬電抗控制器。