本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法。
背景技術(shù)：
：：1、模塊化多電平變換器(modular?multilevel?converter,mmc)在電力電子技術(shù)中扮演著關(guān)鍵角色，尤其在高壓直流輸電和能量存儲系統(tǒng)中。在故障后重啟或正常啟動時，子模塊電容充電速度過慢，會造成能源浪費、電網(wǎng)不穩(wěn)定、增加運營成本和快速能量變換的應(yīng)用受限。其快速充電能力對于電網(wǎng)調(diào)節(jié)、可再生能源并網(wǎng)、提升能量轉(zhuǎn)換效率和設(shè)備小型化具有顯著影響?？焖俪潆姴粌H能夠適應(yīng)可再生能源的不穩(wěn)定輸出，確保電網(wǎng)穩(wěn)定，還能減少能量損耗，提高能源利用率。此外，隨著充電速度的提升，電力電子設(shè)備的體積和重量得以減少，降低成本，這對直流輸電的響應(yīng)速度提升、系統(tǒng)穩(wěn)定和輸電效率提高有重要意義。2、在mmc預(yù)充電的開環(huán)控制策略方面：3、1、文獻(xiàn)[a.lesnicar?and?r.marquardt,an?innovative?modular?multilevelconverter?topology?suitable?for?a?wide?power?range?2003ieee?bologna?powertech?conference?proceedings.(2003)]提出一種單獨的輔助直流電源，以提供額外的功率來對子模塊電容進行預(yù)充電。但其在充電周期、成本、靈活性等方面的優(yōu)勢不足。4、2、文獻(xiàn)[j.xu,et?al.new?precharge?and?submodule?capacitor?voltagebalancing?topologies?of?modular?multilevel?converter?for?vsc-hvdcapplication.ieee?pes?asia-pacific?power?and?energy?engineering?conferenceieee,(2011)]提出了一種使用輔助電源的組合電路，以減少充電時間。盡管如此，成本仍然無法降低，控制也比較復(fù)雜。由于開環(huán)策略的特點，這些方法都存在充電電流不可控的局限性。因此，充電電流完全依賴于電路參數(shù)，如果出現(xiàn)意想不到的擾動或參數(shù)變化，可能會導(dǎo)致過流問題。5、3、文獻(xiàn)[li?b.,et?al.closed-loop?precharge?control?ofmodular?multilevelconverters?during?start-up?processes.ieee?transactions?on?powerelectronics30.2:524-531(2015)]提出了一種從交流側(cè)主電壓控制mmc啟動的閉環(huán)方式，通過級聯(lián)結(jié)構(gòu)將電壓逐步提高至額定值。以及，文獻(xiàn)[shi,x.,liu,b.,wang,z.,li,y.,etal.modelling,control?design?and?analysis?of?a?startup?scheme?formodularmultilevel?converters.ieee?transactions?on?industrial?electronics,62(11),7009-7024.(2015)]提出了另一種閉環(huán)啟動控制方法，并指出橋臂電感與子模塊電容之間的諧振對充電時間有一定的限制。6、然而，由于上、下橋臂子模塊電容的不同步充電，現(xiàn)有的閉環(huán)控制策略仍不能最大限度地提高預(yù)充電速度。此外，由于在預(yù)充電過程結(jié)束時對控制策略進行了整定，進一步增加了啟動時間。7、因此，為了提升mmc在故障后重啟或正常啟動前的子模塊電容電壓充電速度，提升mmc的故障穿越能力，有必要設(shè)計一種能實現(xiàn)上、下橋臂子模塊電容同步充電的控制方法，即本技術(shù)的一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法。技術(shù)實現(xiàn)思路1、本發(fā)明的目的是針對
背景技術(shù)：
：中由于上、下橋臂子模塊電容的不同步充電，現(xiàn)有的閉環(huán)控制策略仍不能最大限度地提高預(yù)充電速度，以及增加了啟動時間的問題，提出一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法。2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法，應(yīng)用于交流側(cè)或直流側(cè)充電場景，包括：3、利用mmc自身性能進行不控充電至極限值后，通過對比mmc子模塊電壓實際值與所需值間的差值，計算每相所需功率，并通過橋臂電壓算法獲得每相參考電壓值，實現(xiàn)上、下橋臂同步充電；4、計算各項上、下橋臂功率差，通過對比上、下橋臂子模塊電容電壓平均值之和的差值，經(jīng)過pi控制器，獲得代表基頻環(huán)流的幅值；5、將指令所述基頻環(huán)流與實際環(huán)流做差經(jīng)過pr控制器，其輸出的物理量代表橋臂電抗器上的壓降，通過補償上、下橋臂電壓差實現(xiàn)上、下橋臂均壓控制；6、計算橋臂內(nèi)各個子模塊功率差，以橋臂內(nèi)子模塊電容電壓瞬時值的平均值作為指令電壓值，指令電壓值與實際電壓值做差后乘以橋臂電流，再經(jīng)過比例控制器得到每個子模塊的附加參考電壓值；7、將所述附加參考電壓值加到子模塊的輸出電壓參考值中，得到每個子模塊獨立的參考電壓值，從而實現(xiàn)各子模塊電容電壓平衡；8、預(yù)充電完成后直接進入正常運行狀態(tài)控制，將參考電流數(shù)值由充電過程中的計算值修改為額定值即可，無需另行設(shè)計控制策略并切換。9、可選的，在mmc交流側(cè)同步預(yù)充電控制時，交流電網(wǎng)的釋放功率等于三相所有子模塊的充電功率和，其表示為：10、pac＝pasm_sum+pbsm_sum+pbsm_sum；11、式中：pac代表電網(wǎng)釋放的功率，pbsm_sum代表b相所有子模塊充電功率和，pcsm_sum代表c相所有子模塊充電功率和。12、可選的，所述在mmc交流側(cè)的輸出功率反映在交流側(cè)電流上，即；13、14、e表示電網(wǎng)相電壓幅值，i表示電網(wǎng)相電流的幅值。15、可選的，通過所述橋臂電壓算法得到上、下橋臂電壓參考值uxp和uxn，表示為：16、17、uxp表示上橋臂電壓，uxn表示下橋臂電壓，其中x＝a,b,c，代表abc三相；ucref表示子模塊電容電壓指令值；ux表示三相差模電壓參考值，通過并網(wǎng)電流環(huán)控制獲得。18、可選的，為了保證上、下橋臂電容電壓差為0，采用橋臂功率差控制算法，該橋臂功率差表達(dá)式：19、δpa＝-2eaidiffa；20、式中：idiffa代表a相橋臂環(huán)流，ea代表a相相電壓幅值。21、可選的，令上下橋臂子模塊的電壓差值為0，反饋值為上橋臂子模塊電容電壓平均值之和(uapc1(avg)+…+uapcn(avg))與下橋臂子模塊電容電壓平均值之和(uanc1(avg)+…+uancn(avg))的差，經(jīng)過pi控制器，其輸出的物理量代表基頻環(huán)流的幅值idiffa1，基頻環(huán)流相位選擇與電網(wǎng)電壓同相位，再將指令基頻環(huán)流idiffa1_ref與實際環(huán)流idiffa做差經(jīng)過pr控制器，其輸出的物理量代表橋臂電抗器上的壓降udiffa，最終橋臂電壓表達(dá)式為：22、23、udiffx表示橋臂電抗上參考電壓值。24、可選的，在mmc直流側(cè)同步預(yù)充電控制時，直流電網(wǎng)的釋放功率等于三相所有子模塊的充電功率和，其表示為：25、pdc＝pasm_sum+pbsm_sum+pbsm_sum；26、式中：pdc代表直流側(cè)釋放的功率，pasm_sum代表a相所有子模塊充電功率和，pbsm_sum代表b相所有子模塊充電功率和，pcsm_sum代表c相所有子模塊充電功率和。27、可選的，在mmc直流側(cè)的輸出功率反映在直流側(cè)電流上，即直流側(cè)輸出功率pdc表示為；28、pdc＝udcidc；29、pdc表示直流側(cè)輸出功率，udc表示直流側(cè)輸出電壓，idc表示直流側(cè)輸出電流；30、由于mmc三相結(jié)構(gòu)對稱，因此直流側(cè)電流在三相橋臂間均分，表示為：31、32、式中：idiffa0、idiffb0、idiffc0分別代表a相橋臂、b相橋臂、c相橋臂電流中的直流成分。33、可選的，通過所述橋臂電壓算法得到上、下橋臂電壓參考值uxp和uxn。橋臂電壓表達(dá)式為：34、35、可選的，所述上、下橋臂第i個子模塊獨立的參考電壓值表示為：36、37、uxpsmi_ref和uxnsmi_ref分別表示上、下橋臂第i個子模塊獨立的參考電壓值；kp表示控制系數(shù)；uxpci和uxnci分別表示上、下橋臂第i個子模塊獨立的實際電壓值；ixp和ixn分別表示上、下橋臂電流。38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益的技術(shù)效果：39、1、本發(fā)明可應(yīng)用于交流側(cè)和直流側(cè)充電，由于實現(xiàn)了上、下橋臂子模塊的同步充電，顯著提高了預(yù)充電速度。40、2、由于在mmc預(yù)充電和正常狀態(tài)下均采用相同的電壓電流雙閉環(huán)控制，可以明顯縮短啟動時間；41、3、本發(fā)明為mmc子模塊預(yù)充電提供一種新型控制策略，對于高壓直流輸電降低故障重啟和正常啟動的速度提升具有一定意義；42、4、可根據(jù)充電電流和充電時間的要求進行上、下橋臂非同步充電與同步充電結(jié)合的方式滿足工程需求。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12