[發(fā)明專利]一種基于MMC結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器非線性控制方法

有效

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

本發(fā)明涉及一種基于MMC結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器非線性控制方法，包括：S1、建立輸入級(jí)交流側(cè)和直流側(cè)數(shù)學(xué)模型；S2、通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到dq兩相坐標(biāo)系下輸入級(jí)交流側(cè)數(shù)學(xué)模型；S3、基于Lyapunov函數(shù)，結(jié)合輸入級(jí)直流側(cè)數(shù)學(xué)模型和dq兩相坐標(biāo)系下輸入級(jí)交流側(cè)數(shù)學(xué)模型，分別構(gòu)建MMC電力電子變壓器輸入級(jí)內(nèi)環(huán)控制策略、外環(huán)控制策略以及環(huán)流抑制策略；S4、構(gòu)建中間隔離級(jí)移相調(diào)壓控制策略；S5、構(gòu)建輸出級(jí)內(nèi)環(huán)控制策略和外環(huán)控制策略。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對(duì)MMC電力電子變壓器的輸入級(jí)、中間隔離級(jí)和輸出級(jí)分別構(gòu)建對(duì)應(yīng)的控制策略，能夠在電網(wǎng)故障時(shí)進(jìn)行全面有效控制，既能提高電壓穩(wěn)定性，同時(shí)保證供電電能質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MMC電力電子變壓器控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于MMC結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器非線性控制方法。

背景技術(shù)

在電力系統(tǒng)中，變壓器是最可靠且運(yùn)用最為廣泛的一種電氣設(shè)備，近年來，隨著分布式能源的快速發(fā)展，工業(yè)、商業(yè)和住宅的這些電力用戶使用的非線性負(fù)載不斷增加，由于傳統(tǒng)的配電變壓器缺乏靈活性和雙向能量控制能力，已經(jīng)不能滿足目前電力系統(tǒng)的要求。

采用高頻變壓器的電力電子變壓器(Power?Electronic?Transformer，PET)在電壓驟降補(bǔ)償、瞬時(shí)電壓調(diào)節(jié)、功率因數(shù)校正和諧波抑制等方面，與傳統(tǒng)變壓器相比有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)PET具有體積和重量較小的優(yōu)點(diǎn)；模塊化多電平變換器(ModularMultilevel?Converter，MMC)技術(shù)具有輸出電平數(shù)量多、電磁兼容性好、諧波含量低、開關(guān)器件耐壓能力要求低、開關(guān)損耗較小等優(yōu)勢(shì)。在中高壓電網(wǎng)中，將MMC技術(shù)與電力電子變壓器(PET)相結(jié)合得到的MMC-PET已成為國(guó)內(nèi)外發(fā)展的趨勢(shì)。然而當(dāng)電網(wǎng)電壓故障時(shí)，對(duì)MMC-PET來說，其外部交流側(cè)的電流和功率將會(huì)發(fā)生波動(dòng)，直流側(cè)電壓也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，最終將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性以及對(duì)低壓側(cè)電網(wǎng)供電的電能質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于MMC結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器非線性控制方法，通過對(duì)輸入級(jí)、中間隔離級(jí)以及輸出級(jí)分別構(gòu)建對(duì)應(yīng)的控制策略，以在電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)提高交流側(cè)和直流側(cè)的電壓穩(wěn)定性，同時(shí)保證供電電能質(zhì)量。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于MMC結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器非線性控制方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)MMC電力電子變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立輸入級(jí)交流側(cè)和直流側(cè)數(shù)學(xué)模型，其中，輸入級(jí)交流側(cè)的三相均由上下兩橋臂組成，每個(gè)橋臂由多個(gè)子模塊與橋臂電感、橋臂等值電阻依次串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)子模塊由兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管IGBT組成的半橋與一個(gè)電容并聯(lián)構(gòu)成；

S2、對(duì)輸入級(jí)交流側(cè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到dq兩相坐標(biāo)系下輸入級(jí)交流側(cè)數(shù)學(xué)模型；

S3、基于Lyapunov函數(shù)，結(jié)合輸入級(jí)直流側(cè)數(shù)學(xué)模型和dq兩相坐標(biāo)系下輸入級(jí)交流側(cè)數(shù)學(xué)模型，分別構(gòu)建MMC電力電子變壓器輸入級(jí)內(nèi)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建中間隔離級(jí)移相調(diào)壓控制策略，其中，中間隔離級(jí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別構(gòu)建輸出級(jí)內(nèi)環(huán)控制策略和外環(huán)控制策略，其中，輸出級(jí)具體為三相全橋電壓型換流器。

進(jìn)一步地，所述步驟S1具體是基于Kirchhoff定律，以建立輸入級(jí)交流側(cè)和直流側(cè)數(shù)學(xué)模型，輸入級(jí)交流側(cè)數(shù)學(xué)模型具體為：

L_s＝L_T+L/2

R_s＝R_T+R/2