[發(fā)明專利]一種模塊化多電平變換器電容電壓波動抑制方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110967810.4
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113765345A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 薛花;扈曾輝;王育飛;陳程;田廣平;楊興武;劉波
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M7/483;H02M7/5387;H02M7/5395
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發(fā)明涉及一種模塊化多電平變換器電容電壓波動抑制方法，包括：建立基于PCHD模型的MMC波動電容電壓狀態(tài)方程；基于建立的MMC波動電容電壓狀態(tài)方程，進一步構建得到基于PCHD模型的MMC電容電壓波動無源一致性控制器，以得到波動電容電壓控制量；采用脈沖調(diào)制方法對波動電容電壓控制量進行處理，得到相應的觸發(fā)脈沖信號；根據(jù)觸發(fā)脈沖信號對MMC各相橋臂子模塊的變換器開關狀態(tài)進行控制。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明將基于PCHD模型的無源一致性控制方法用于MMC電容電壓波動抑制，具有控制律形式簡單、均值偏差小、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，能夠有效地對MMC電容電壓波動進行抑制。

技術領域

本發(fā)明涉及模塊化多電平變換器控制技術領域，尤其是涉及一種模塊化多電平變換器電容電壓波動抑制方法。

背景技術

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)由多個結(jié)構相同的子模塊(Sub-module,SM)級聯(lián)構成，其中，子模塊的結(jié)構可以分為半H橋型、全H橋型和雙箝位型子模塊型三種。MMC具有諧波含量少、開關損耗低、故障穿越能力強、便于模塊化擴容和工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，目前已被廣泛應用于大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)領域。但由于大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電具有間歇性、波動性特點，容易導致三相MMC相間能量不平衡，進而引發(fā)子模塊電容電壓不均衡，而MMC電容電壓波動必然會增加換流器損耗，導致交流側(cè)輸出電壓出現(xiàn)偏差，嚴重時會影響系統(tǒng)可靠運行。

因此，有必要對MMC電容電壓波動進行抑制，傳統(tǒng)方法是采用矢量控制方法，這種方式是針對MMC子模塊電容電壓波動系統(tǒng)的非線性本質(zhì)進行控制器設計，由于未從能量角度出發(fā)，因此當存在不確定性擾動情況時，矢量控制器的抗擾性和魯棒性將會面臨難以克服的挑戰(zhàn)；相比于傳統(tǒng)矢量控制方法，現(xiàn)有技術采用非線性控制方法，以從能量角度出發(fā)，設計能夠反映MMC子模塊電容電壓波動系統(tǒng)非線性本質(zhì)的控制器，在閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性方面控制性能有所提升，但這種方法的計算較復雜，且無法解決系統(tǒng)內(nèi)部損耗過大的問題，在能量優(yōu)化方面尚有不足，不利于解決工程實際問題。由此可知，如何在控制器設計盡量簡潔的前提下，實現(xiàn)動、靜態(tài)響應性能的提升，同時確保系統(tǒng)全局漸進穩(wěn)定性和魯棒性的進一步提升，是MMC子模塊電容電壓波動抑制工程應用必須解決的關鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種模塊化多電平變換器電容電壓波動抑制方法，通過設計無源一致性控制器，以實現(xiàn)一種形式簡單的控制器，能夠?qū)MC電容電壓波動進行有效抑制，且能提升系統(tǒng)全局漸進穩(wěn)定性及魯棒性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種模塊化多電平變換器電容電壓波動抑制方法，包括以下步驟：

S1、建立基于PCHD(port-controlled Hamiltonian with dissipation，端口受控耗散哈密頓)模型的MMC波動電容電壓狀態(tài)方程；

S2、基于步驟S1建立的MMC波動電容電壓狀態(tài)方程，進一步構建得到基于PCHD模型的MMC電容電壓波動無源一致性控制器，以得到波動電容電壓控制量；

S3、采用脈沖調(diào)制方法對波動電容電壓控制量進行處理，得到相應的觸發(fā)脈沖信號；

S4、根據(jù)觸發(fā)脈沖信號對MMC各相橋臂子模塊的變換器開關狀態(tài)進行控制。

進一步地，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11、在dq旋轉(zhuǎn)坐標系下，分別定義狀態(tài)變量、輸入變量和輸出變量，其中，狀態(tài)變量具體為三相注入環(huán)流二倍頻dq軸分量與橋臂電感的乘積，輸入變量具體為三相波動電容電壓dq軸分量，輸出變量具體為三相注入環(huán)流二倍頻dq軸分量；

S12、基于定義的狀態(tài)變量、輸入變量和輸出變量，建立基于PCHD模型的MMC波動電容電壓狀態(tài)方程。

進一步地，所述MMC波動電容電壓狀態(tài)方程具體為：