[發(fā)明專利]一種基于MMC結構的電力電子變壓器非線性控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010074332.X
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111244980B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 程啟明;趙淼圳;馬信喬;江暢;程尹曼
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26;H02J3/16;H02M7/219;H02M3/335;H02M7/5387
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種基于MMC結構的電力電子變壓器非線性控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據(jù)MMC電力電子變壓器的拓撲結構，建立輸入級交流側和直流側數(shù)學模型，其中，輸入級交流側的三相均由上下兩橋臂組成，每個橋臂由多個子模塊與橋臂電感、橋臂等值電阻依次串聯(lián)構成，每個子模塊由兩個帶反并聯(lián)二極管IGBT組成的半橋與一個電容并聯(lián)構成；

S2、對輸入級交流側數(shù)學模型進行坐標轉換，得到dq兩相坐標系下輸入級交流側數(shù)學模型；

S3、基于Lyapunov函數(shù)，結合輸入級直流側數(shù)學模型和dq兩相坐標系下輸入級交流側數(shù)學模型，分別構建MMC電力電子變壓器輸入級內環(huán)控制策略、外環(huán)控制策略以及環(huán)流抑制策略；

S4、根據(jù)MMC電力電子變壓器的拓撲結構，構建中間隔離級移相調壓控制策略，其中，中間隔離級具體為有源雙橋DC/DC變換器；

S5、根據(jù)MMC電力電子變壓器的拓撲結構，分別構建輸出級內環(huán)控制策略和外環(huán)控制策略，其中，輸出級具體為三相全橋電壓型換流器；

所述步驟S1具體是基于Kirchhoff定律，以建立輸入級交流側和直流側數(shù)學模型，輸入級交流側數(shù)學模型具體為：

L_s＝L_T+L/2

R_s＝R_T+R/2

其中，uva、uvb、u_vc為MMC輸入級的三相交流電壓，u_a、u_b、u_c為電網(wǎng)側的三相電壓，i_a、i_b、i_c為電網(wǎng)側的三相電流，R_s、L_s分別為輸電線路的等值電阻、等值電感，R_T、L_T分別為電網(wǎng)側線路的等值電阻、等值電感，R、L分別為MMC的橋臂電阻、橋臂電感；

輸入級直流側數(shù)學模型具體為：

其中，u_dc為MMC輸入級的直流電壓，u_jp、u_jn分別為j相的上、下橋臂的電壓，i_cirj為j相的環(huán)流，i_jp、i_jn分別為j相的上、下橋臂的電流；

所述步驟S2中dq兩相坐標系下輸入級交流側數(shù)學模型具體為：

其中，ω為電網(wǎng)側的交流系統(tǒng)角頻率，u_d、u_q分別為電網(wǎng)側三相交流電壓在兩相旋轉坐標系下的d、q軸分量，i_d、i_q分別為電網(wǎng)側三相電流在兩相旋轉坐標系下的d、q軸分量，u_sd、u_sq分別為MMC輸入側的三相交流電壓在兩相旋轉坐標系下的d、q軸分量；

所述步驟S3具體包括以下步驟：

S31、根據(jù)輸入級直流側數(shù)學模型和dq兩相坐標系下輸入級交流側數(shù)學模型，確定MMC電力電子變壓器輸入級在正序系統(tǒng)中交流側和直流側的電磁暫態(tài)方程；

S32、基于Lyapunov函數(shù)以及MMC電力電子變壓器輸入級在正序系統(tǒng)中交流側和直流側的電磁暫態(tài)方程，得到在正序系統(tǒng)下MMC電力電子變壓器輸入級的開關函數(shù)，即為MMC電力電子變壓器輸入級正負序電流的內環(huán)控制策略以及電壓外環(huán)控制策略，其中，電壓外環(huán)控制策略采用定直流電壓和定無功功率控制；

S33、針對MMC電力電子變壓器輸入級橋臂上的環(huán)流成分，構建二倍頻環(huán)流數(shù)學模型，即為MMC電力電子變壓器輸入級環(huán)流抑制策略；

所述步驟S31中MMC電力電子變壓器輸入級在正序系統(tǒng)中交流側和直流側的電磁暫態(tài)方程具體為：

其中，為正序系統(tǒng)下交流側電壓的d軸分量和q軸分量，為正序系統(tǒng)下電網(wǎng)側三相電流d、q軸分量的參考值，S_dref和S_qref分別為開關函數(shù)S_d、S_q的參考值，為直流側電壓的參考值，為直流側電流參考值，N為輸入級橋臂中子模塊的數(shù)量，C為子模塊中的電容值；

所述步驟S32中正序系統(tǒng)下MMC電力電子變壓器輸入級的開關函數(shù)具體為：

其中，分別為正序系統(tǒng)下MMC電力電子變壓器輸入級的d軸開關函數(shù)和q軸開關函數(shù)，α和β均為外環(huán)控制系數(shù)，u_dcact為直流側電壓實際值，γ₀為中間變量，x₁、x₂和x₃均為狀態(tài)變量，分別為正序系統(tǒng)下電網(wǎng)側三相電流在兩相旋轉坐標系下的d、q軸分量；

所述步驟S33中二倍頻環(huán)流數(shù)學模型具體為：

其中，為二倍頻環(huán)流的零序分量在j相的電壓，為零序環(huán)流分量，為零序環(huán)流分量指令值，k_p為環(huán)流抑制比例系數(shù)，k_i為環(huán)流抑制積分系數(shù)。