一種mmc的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法，該方法由基于子模塊電壓估算的調(diào)制環(huán)節(jié)和基于直流電流波動(dòng)反饋的比例控制環(huán)節(jié)兩部分構(gòu)成。調(diào)制環(huán)節(jié)首先估算各橋臂的子模塊電壓，然后利用一定的調(diào)制技術(shù)得到各橋臂期望投入的子模塊數(shù)，本發(fā)明的方法可有效抑制MMC的諧波環(huán)流。比例控制環(huán)節(jié)修正各橋臂期望投入的子模塊數(shù)，不但可進(jìn)一步消除因估算誤差所帶來的環(huán)流波動(dòng)，能夠抑制MMC的內(nèi)部環(huán)流，還可有效增大MMC的內(nèi)部等效阻尼，改善直流電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。本發(fā)明用于抑制MMC的諧波環(huán)流和直流功率波動(dòng)，無論在交流系統(tǒng)正常還是交流系統(tǒng)故障情況下，均能可靠工作，魯棒性好；此外，本發(fā)明的方法并不需要對(duì)各橋臂電流進(jìn)行采樣。
【專利說明】一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)應(yīng)用和電力系統(tǒng)輸配電領(lǐng)域，尤其涉及一種MMC(模塊 化多電平換流器）的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于采用全控型電力電子功率器件（比如IGBT和IEGT)以及脈寬調(diào)制策略，因 此，以電壓源換流器為核心的柔性直流輸電技術(shù)具有有功無功獨(dú)立控制和潮流反轉(zhuǎn)方便等 優(yōu)點(diǎn)。與基于晶閘管的常規(guī)直流輸電技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)易于構(gòu)成多端直流輸電， 可向無源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電（比如孤島、海上鉆井平臺(tái)），特別適合于新能源發(fā)電并網(wǎng)（比如風(fēng) 力發(fā)電、光伏發(fā)電等）。與2-level或者3-level電壓源換流器相比，模塊化多電平換流器 (Modular Multilevel Converter,MMC)通過工作電壓水平較低的子模塊相互級(jí)聯(lián)技術(shù)，可 有效避免電力電子開關(guān)器件的串聯(lián)問題，以此解決串聯(lián)器件的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)均壓?jiǎn)栴}。
[0003] 環(huán)流是MMC (模塊化多電平換流器）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所帶來的特殊問題，并對(duì)MMC的正常 運(yùn)行帶來不利影響：首先，環(huán)流增大橋臂電流的有效值，增大流過子模塊功率器件的電流水 平，加劇功率器件的有功損耗，最終降低換流器單元的功率運(yùn)行范圍；其次，環(huán)流加劇子模 塊電壓波動(dòng)的幅度，在規(guī)定電壓波動(dòng)范圍的條件下，環(huán)流增大子模塊電容值，增加換流器的 成本投資。因此，在實(shí)際工程中，需要考慮環(huán)流抑制問題。從當(dāng)前的應(yīng)用來看，環(huán)流抑制技 術(shù)大多采用基于負(fù)序2倍頻旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的環(huán)流抑制控制器（CN101854061A)，該控制器利 用三相MMC環(huán)流以2倍頻分量為主的特點(diǎn)，利用負(fù)序2倍頻旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將3相MMC的負(fù) 序2倍頻環(huán)流轉(zhuǎn)換為2個(gè)直流分量，然后利用比例積分控制器對(duì)其加以抑制。該控制器的 主要優(yōu)點(diǎn)在于控制思路簡(jiǎn)單直接，實(shí)現(xiàn)方便；但是，該控制器必須對(duì)MMC的橋臂電流進(jìn)行采 樣，并且僅能應(yīng)用于3相MMC中，在交流系統(tǒng)不對(duì)稱的情況下，該控制器的控制效果不好。為 此，本發(fā)明提出一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法，不但能夠抑制MMC的內(nèi) 部環(huán)流，還能改善直流電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；無論在交流系統(tǒng)正常還是交流系統(tǒng)故障情況 下，均能可靠工作，魯棒性好；此外，該方法并不需要對(duì)各橋臂電流進(jìn)行采樣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法，本發(fā)明不但 能夠抑制MMC的內(nèi)部環(huán)流，還能改善直流電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；無論在交流系統(tǒng)正常還是 交流系統(tǒng)故障情況下，均能可靠工作，魯棒性好。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明的MMC的諧波環(huán)流抑制和直 流功率波動(dòng)抑制方法，包括如下過程：
[0006] 1)基于子模塊電壓估算的調(diào)制環(huán)節(jié)：估算各橋臂的子模塊電壓，利用調(diào)制方法得 到各橋臂期望投入的子模塊數(shù)；
[0007] 2)基于直流電流波動(dòng)反饋的比例控制環(huán)節(jié)：比例控制環(huán)節(jié)修正各橋臂期望投入 的子模塊數(shù)。
[0008] 上述步驟1)中，估算各橋臂的子模塊電壓在模塊化多電平換流器的各相單元中 是獨(dú)立進(jìn)行，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法，其特征在于包括如下過程： 1) 基于子模塊電壓估算的調(diào)制環(huán)節(jié)：估算各橋臂的子模塊電壓，利用調(diào)制方法得到各 橋臂期望投入的子模塊數(shù)； 2) 基于直流電流波動(dòng)反饋的比例控制環(huán)節(jié)：比例控制環(huán)節(jié)修正各橋臂期望投入的子 模塊數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法，其特征在于 上述步驟1)中，估算各橋臂的子模塊電壓在MMC的各相單元中是獨(dú)立進(jìn)行，具體實(shí)現(xiàn)方法 如下：
式⑴?（2)中：Uepj^P Umx分別為MMC第X相的上、下橋臂的子模塊電壓估算值，Urarf 為子模塊電容電壓的額定運(yùn)行值，ω為基頻角頻率，ε1χ和ε2χ分別為MMC第X相的子模 塊電壓基頻波動(dòng)與2倍頻波動(dòng)的幅度，奶X和妁 χ分別為其初相角，ε 1χ、ε 2χ、奶.<?^分 別按如下各式計(jì)算：
式⑶?（9)中：N為MMC的橋臂子模塊數(shù)，C為子模塊電容值，Ud。為直流電壓，mx為 MMC第X相的調(diào)制比，Sx為MMC第X相的視在容量，和奶X分別為MMC第X相的內(nèi)部虛擬 電動(dòng)勢(shì)和輸出電流的初相角； 根據(jù)式（1)?（2)估算得到MMC第X相的上、下橋臂的子模塊電壓估算值以后，再利用 一定的調(diào)制方法得到MMC第X相上、下橋臂期望投入的子模塊數(shù)Npxl和Nnxl :
上式中：Npxl和Nml分別為MMC第X相的上、下橋臂期望投入的子模塊數(shù);Mod(x)代表調(diào) 制方式，在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，采用最近電平逼近調(diào)制、載波移相調(diào)制、載波層疊調(diào)制；eMfx 為MMC第X相的內(nèi)部虛擬電動(dòng)勢(shì)的參考電壓，用于MMC的功率控制，該控制采用已經(jīng)成熟的 控制方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MMC的諧波環(huán)流抑制和直流功率波動(dòng)抑制方法，其特征在于 上述步驟2)比例控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法如下：首先將測(cè)量得到的直流電流值id。經(jīng)過高通濾 波器HPF(S)進(jìn)行濾波，得到直流電流的波動(dòng)分量；然后將直流電流的波動(dòng)分量輸入給比例 控制環(huán)節(jié)；比例控制環(huán)節(jié)的輸出即為橋臂參考電壓的修正值A(chǔ)u ref ; 得到橋臂參考電壓的修正值A(chǔ)uref之后，即能在式（9)?（10)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步修正 MMC第X相上、下橋臂需要投入的子模塊數(shù)，修正后的MMC第X相上、下橋臂需要投入的子模 塊數(shù)Npx和N nx的確定方式為：
〇
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK104393745SQ201410685253
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】周月賓, 許樹楷, 黎小林, 朱喆, 陳俊, 羅雨 申請(qǐng)人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司