[發明專利]一種三端口九邊形MMC的中性點偏移電壓控制方法

在審

• 申請號: 202111204666.5
• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN113992031A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 黃文慧;劉飛;莊一展;刁曉光;黃艷輝;查曉明
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02M5/00
• 分類號: H02M5/00;H02M5/458;H02J3/34;H02J3/38
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及電力電子變換器技術領域，具體涉及一種三端口九邊形MMC的中性點偏移電壓控制方法，該變換器包括第一交流端口、第二交流端口和第三交流端口，九個首尾相連橋臂的九邊形結構；第一交流端口與交流電網相連，第二交流端口、第三交流端口分別與兩個低頻風電系統相連；該控制方法基于三端口九邊形MMC橋臂間功率平衡的條件，采用中性點偏移電壓控制方法，抑制各橋臂上導致子模塊直壓泵升的功率常量，達到子模塊電容電壓跟蹤參考值的目的；防止直壓泵升，提升了系統的穩定性。通過均壓控制，抑制子模塊直壓的波動量，達到優化電容參數選型的目的。

技術領域

本發明屬于電力電子變換器技術領域，特別涉及一種三端口九邊形MMC的中性點偏移電壓控制方法。

背景技術

目前實現海上風電匯集主要有三種方案：高壓交流輸電，高壓直流輸電，分頻輸電。其中海上分頻輸電在100km-150km距離的海上風力輸電方案中具有一定的經濟優勢。海上分頻輸電通過降低系統頻率和減少傳輸回路來提升系統傳輸容量，不需要海上換流站，減少了投資成本與維護成本。

海上分頻輸電的核心裝置為變頻器，通常采用矩陣變換器實現低頻系統與工頻系統的互聯。當傳輸容量提升，多端海上分頻輸電系統并網需要多個獨立的變頻器，增加了裝置的體積和成本。考慮裝置的利用率和較小的變換級數，采用多端口變換器更具有價值。

六邊形模塊化多電平變換器(modular multilevel converter,MMC)可視為為矩陣變換器的簡化形式，通過增加三組橋臂構成三端口九邊形MMC。三端口九邊形MMC具有高度的橋臂復用率，大大減少了開關器件的使用，具有良好的低頻特性，可實現兩個低頻系統與工頻系統的互聯。但來自于海上風力發電系統的低頻功率波動性會影響系統的穩定性，如子模塊電容直壓泵升，影響系統穩定性等。針對橋臂間直壓不均問題，通常有兩種思路，通過增大子模塊電容容值與控制設計，然而，電容容值的提升會增加裝置的體積與成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種三端口九邊形MMC的環流模型和中性點偏移電壓控制方法，解決分析九邊形MMC實現兩個低頻系統與工頻系統互聯，來自于海上低頻風電的低頻分量導致橋臂電流提升技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種三端口九邊形MMC的中性點偏移電壓控制方法，該變換器包括第一交流端口、第二交流端口和第三交流端口，九個首尾相連橋臂的九邊形結構，每個橋臂包含n個H橋逆變模塊和1個電感，n為≥1的正整數；九邊形結構的九個頂點按順時針依次為R、W、X、S、U、Y、T、V、Z，其中XYZ為第一交流端口，RST為第二交流端口，UVW為第三交流端口，第一交流端口與交流電網相連，第二交流端口、第三交流端口分別與兩個低頻風電系統相連；第一交流端口、第二交流端口、第三交流端口通過橋臂傳遞有功功率；基于橋臂間功率平衡條件實現中性點偏移電壓控制；該控制方法包括以下步驟：

步驟1、端口功率控制：功率平衡條件包含第一交流端口、第二交流端口和第三交流端口的有功功率平衡，公式如下：

式中，三個端口的瞬時有功和瞬時無功功率P_xyz為第一交流端口的瞬時有功功率、P_rst為第二交流端口的瞬時有功功率、P_uvw為第三交流端口的瞬時有功功率、Q_xyz為第一交流端口的瞬時無功功率、Q_rst為第二交流端口的瞬時無功功率、Q_uvw為第三交流端口的瞬時無功功率；以第一交流端口為參考點，v_N1為第二交流端口較第一交流端口的中性點偏移電壓，v_N2為第二交流端口較第一交流端口的中性偏移電壓；i_cir為環流；

在功率平衡控制前端增加總體直壓穩定，采用PI控制使各子模塊電容直壓均值v_{dc_avg}收斂于電容電壓參考值v_{dc_ref}；