用于控制三相模塊化多電平變換器的有功功率流的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文所公開的技術(shù)一般而言設(shè)及電力網(wǎng)絡(luò)中的功率交換的領(lǐng)域，并且特別地，設(shè) 及用于控制=相變換器中的有功功率流的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了穩(wěn)定功率網(wǎng)絡(luò)并減小其中的干擾，或者為了使得能夠用于功率網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功補(bǔ) 償，模塊化多電平變換器（MMC)可W連接到電力網(wǎng)絡(luò)（在下面表示為功率網(wǎng)絡(luò)）。
[000引 MMC具有優(yōu)于其他變換器拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)，特別是設(shè)計(jì)模塊化，還有減小AC側(cè)諧波的 增大的開關(guān)頻率。但是，模塊化帶來(lái)了下述代價(jià)：增加的變換器拓?fù)鋸?fù)雜性需要更加復(fù)雜的 控制。
[0004]MMC引入的主要差別是，它們包括幾個(gè)DC電容器，W及因此需要控制的幾個(gè)DC電 壓。例如，對(duì)于在正常狀態(tài)（即平衡的相電壓和電流）操作下的基于MMC的靜態(tài)同步補(bǔ)償 器（STATCOM)，基于MMC的STATCOM僅僅提供了無(wú)功功率。然而，在不平衡狀態(tài)下，基于MMC 的STATCOM將提供/吸收不平衡的有功功率。目P，基于MMC的STATCOM的每一相將提供/ 吸收不同數(shù)量的有功功率。運(yùn)種有功功率流改變了DC電容器電壓，其是不可持續(xù)的。
[0005] W不同方式闡述了上述問(wèn)題。對(duì)于包括提供正序電流至具有不平衡電壓的功率網(wǎng) 絡(luò)的單個(gè)Y禪合的變換器的基于MMC的STATC0M，施加抵消有功功率流的負(fù)序電流是可能 的。該解決方案具有負(fù)序電流增加功率網(wǎng)絡(luò)中的不平衡狀態(tài)的缺點(diǎn)。進(jìn)一步地，該解決方 案施加對(duì)基于MMC的STATCOM的操作范圍的限制。實(shí)際上，同時(shí)提供任何想要的正序電流 和負(fù)序電流是不可能的，因?yàn)樗鼈兪桥c抵消有功功率流的需求有關(guān)的。
[0006] 另一個(gè)解決方案是在基于MMC的STATCOM的中點(diǎn)上施加零序電壓。該解決方案 不會(huì)在功率網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建額外的不平衡，并且在可W獨(dú)立選擇正序電流和負(fù)序電流至一定程 度的某種意義上是靈活的。可W顯示的是，如果需要提供同時(shí)負(fù)序電流和正序電流，找到 將抵消有功功率流的有限的零序電壓通常是不可能的。此外，該解決方案要求基于MMC的 STATCOM對(duì)于遠(yuǎn)高于標(biāo)稱功率網(wǎng)絡(luò)電壓的電壓是額定的。
[0007] 如果基于MMC的STATCOM具有零序電流路徑，則使用零序電流也是可能的。該解 決方案不需要從電壓角度高估基于MMC的STATCOM;但是，其需要更高的額定電流。對(duì)于運(yùn) 個(gè)解決方案，還可W顯示，如果正序電壓和負(fù)序電壓同時(shí)出現(xiàn)在功率網(wǎng)絡(luò)中，通常不需要找 到將抵消有功功率流的有限的零序電流。運(yùn)個(gè)解決方案還依賴于零序電流路徑的存在，其 需要使用額外的部件，特別是中點(diǎn)連接到Y(jié)禪合的=相交流濾波器的中點(diǎn)的接地變壓器。
[0008] 在雙Y型禪合變換器的情況下，使用DC電流來(lái)抵消有功功率流是可能的。因?yàn)樵?解決方案依賴于DC量的事實(shí)，可W看出，始終存在將抵消有功功率流的有限解。但是，其 還需要具有更高的額定電流的基于MMC的STATC0M。進(jìn)一步地，雙Y型禪合的基于MMC的 STATCOM比單Y型禪合的變換器需要更多的腿電抗器和DC電容器。
[0009] 從上面可W清楚知道，存在對(duì)用于控制功率網(wǎng)絡(luò)中的不平衡狀態(tài)的改進(jìn)的方法的 需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于克服或者至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)的方法和 設(shè)備。
[0011] 根據(jù)第一個(gè)方面，該目的是通過(guò)在用于控制=相模塊化多電平變換器中的不平衡 有功功率流的設(shè)備中執(zhí)行的方法實(shí)現(xiàn)的。該模塊化多電平變換器包括含有被設(shè)置為WY連 接的=個(gè)相腿的第一變換器，和含有WY連接方式連接的=個(gè)相腿的第二變換器。第一變 換器和第二變換器在雙Y型連接方式中是互連的。第一變換器和第二變換器中性路徑是獨(dú) 立浮置的。該方法包括：檢測(cè)相腿中的有功功率流；確定零序電壓，該確定提供了零序電壓 的幅值和相位；在保持零序電壓的相位固定時(shí)重新計(jì)算零序電壓的幅值，幅值是根據(jù)相腿 上得到的電壓小于或等于最大允許腿電壓的需求重新計(jì)算的，重新計(jì)算的幅值和相腿給出 了重新計(jì)算的零序電壓；在第一和第二變換器的中點(diǎn)上施加重新計(jì)算的零序電壓，由此減 小有功功率流，基于零序電壓的重新計(jì)算的幅值確定剩余的有功功率；確定DC電流，其與 第一和第二變換器的DC電壓給出的乘積將抵消剩余的有功功率；并在相腿上施加DC電流， 由此消除有功功率流。
[0012] 該方法提供了在不平衡狀態(tài)下相比于現(xiàn)有技術(shù)的變換器的改進(jìn)操作。變換器因其 可W作為理想發(fā)電機(jī)而表現(xiàn)出靈活性，即，其可W同步地提供正序電容電流W支持正序電 壓W及負(fù)序電感電流W抑制負(fù)序電壓。進(jìn)一步地，該方法使變換器的額定電壓和/或額定 電流減小了給定值，其反過(guò)來(lái)減少了變換器本身的成本。該方法進(jìn)一步是多功能的，其中其 為使用在不同應(yīng)用場(chǎng)合中的變換器提供了改進(jìn)的控制裝置。例如，在需要負(fù)序電流W平衡 不平衡負(fù)載的鐵路應(yīng)用中，或者在高壓直流（HVDC)應(yīng)用中，例如，當(dāng)HVDC端用作STATCOM 時(shí)。
[0013] 根據(jù)第二個(gè)方面，該目的是通過(guò)用于控制=相模塊化的多電平變換器中的不平衡 有功功率流的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。模塊化多電平變換器包括含有被設(shè)置為Y連接的=個(gè)相腿 的第一變換器，和含有WY連接方式連接的=個(gè)相腿的第二變換器。第一變換器和第二變 換器W雙Y型連接方式互連。第一變換器和第二變換器的中性路徑是獨(dú)立浮置的?？刂圃O(shè) 備包括處理器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器包括可由處理器執(zhí)行的指令，由此控制設(shè)備可操作W:檢測(cè) 相腿中的有功功率流；確定零序電壓，該確定提供了零序電壓的幅值和相位；在保持零序 電壓的相位固定時(shí)重新計(jì)算零序電壓的幅值，幅值是根據(jù)相腿上得到的電壓小于或等于最 大允許腿電壓的需求重新計(jì)算的，重新計(jì)算的幅值和相腿給出了重新計(jì)算的零序電壓；在 第一和第二變換器的中點(diǎn)上施加重新計(jì)算的零序電壓，由此減小有功功率流；基于零序電 壓的重新計(jì)算的幅值確定剩余的有功功率；確定DC電流，給出將抵消剩余的有功功率的第 一和第二變換器的直流電壓的乘積，并在相腿上施加直流電流，由此消除有功功率流。獲得 了與上面對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0014] 根據(jù)第=個(gè)方面，該目的通過(guò)在用于控制=相模塊化多電平變換器的不平衡有功 功率流的設(shè)備中執(zhí)行的方法實(shí)現(xiàn)。模塊化多電平變換器包括含有被設(shè)置為Y連接的=個(gè)相 腿的第一變換器，和含有WY連接方式連接的=個(gè)相腿的第二變換器。第一變換器和第二 變換器W雙Y型連接方式互連。第一變換器和第二變換器的中性路徑連接到地。該方法包 括：檢測(cè)相腿中的有功功率流；確定零序電流，該確定提供了零序電流的幅值和相位；在保 持零序電流的相位固定時(shí)重新計(jì)算零序電流的幅值，幅值是根據(jù)相腿上得到的電流小于或 等于最大允許腿電流需求重新計(jì)算的，重新計(jì)算的幅值和相給出了重新計(jì)算的零序電流； 在第一和第二變換器上施加重新計(jì)算的零序電流，由此減小有功功率流；基于零序電流的 重新計(jì)算的幅值確定剩余的有功功率；確定DC電流，其與第一和第二變換器的DC電壓給出 的乘積將抵消剩余的有功功率；W及在相腿上施加直流電流，由此消除剩余的有功功率流。
[0015] 根據(jù)第四個(gè)方面，該目的是通過(guò)用于控制=相模塊化的多電平變換器中的不平衡 有功功率流的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。模塊化多電平變換器包括含有被設(shè)置為Y連接的=個(gè)相腿的第 一變換器，和含有WY連接方式連接的=個(gè)相腿的第二變換器。第一變換器和第二變換器 W雙Y型連接方式互連。第一變換器和第二變換器的中性路徑連接到地。該設(shè)備包括處理 器和存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包含可由處理器執(zhí)行的指令，由此設(shè)備用于：檢測(cè)相腿中的有功功率 流；確定零序電流，該確定提供了零序電流的幅值和相位；在保持零序電流的相位固定時(shí) 重新計(jì)算零序電流的幅值，幅值是根據(jù)相腿上得到的電流小于或等于最大允許腿電流的需 求重新計(jì)算的，重新計(jì)算的幅值和相給出了重新計(jì)算的零序電流；在第一和第二變換器上 施加重新計(jì)算的零序電流，由此減小有功功率流；基于零序電流的重新計(jì)算的幅值確定剩 余的有功功率；確定DC電流，給出將抵消剩余的有功功率的第一和第二變換器的DC電壓的 乘積；W及在相腿上施加直流電流，由此消除剩余的有功功率流。
[0016] 根據(jù)第五個(gè)方面，該目的通過(guò)在用于控制=相模塊化多電平變換器的不平衡有功 功率流的設(shè)備中執(zhí)行的方法實(shí)現(xiàn)。模塊化多電平變換器包括含有被設(shè)置為Y連接的=個(gè)相 腿的第一變換器。第一變換器的中性路徑通過(guò)可變阻抗連接到地。該方法包括：檢測(cè)相腿 中的有功功率流；通過(guò)下式確定有功功率#不平衡條件
[0018] 其中^分別是功率網(wǎng)絡(luò)1的正序電壓和負(fù)序電壓，W及7^，是模塊化多 電平變換器的正序電流；確定零序電壓為保證所有相腿電壓小于最大電壓的最大允許電 壓，然后通過(guò)下式確定綜合不平衡度
[0020] 確定零序電流為保證所有相腿電流小于最大電流的最大允許電流，由此通過(guò)下式 給出總體不平衡度
[0021]
[0022] 確定所需的零序阻抗為
[0023]
[0024] 確定DC電流，與第一變換器的DC電壓給出的乘積將抵消任何剩余的有功功率 的；
[002引在相腿上施加DC電流，由此消除任何剩余的有功功率流。
[0026] 根據(jù)第六個(gè)方面，該目的通過(guò)用于控制S相模塊化多電平變換器的不平衡有功功 率流的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。模塊化多電平變換器包括含有被設(shè)置為Y連接的=個(gè)相腿的第一變換 器。第一變換器的中性路徑通過(guò)可變阻抗連接到地。該設(shè)備包括處理器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器 包含可通過(guò)處理器執(zhí)行的指令，由此該設(shè)備可操作W:
[0027] -檢測(cè)相腿中的有功功率流；
[0028]-通過(guò)下式確定有功功率^的不平衡項(xiàng)
[0030] 其中分別是功率網(wǎng)絡(luò)1的正序電壓和負(fù)序電壓，W及,TJ是模塊化多 電平變換器的正序電流；
[003。-確定零序電壓為保證所有相腿A。、B。、C。電壓小于最大電壓V。。m。、的最大允許電 壓，然后通過(guò)下式確定總不平衡度
[0033]-確定零序電流I。為保證所有相腿電流小于最大電流I。。的最大允許電流，由 此通過(guò)下式給出總不平衡度
;??
[0035]-確定并設(shè)置所需的零序阻抗為
[0036]
[0037]-確定DC電流，與第一變換器的DC電壓給出的乘積將抵消任何剩余的有功功率； [003引-在相腿上施加直流電流，由此消除任何剩余的有功功率流。
[0039] 通過(guò)閱讀下面的描述和附圖，本教導(dǎo)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1原理性地示出了本發(fā)明的實(shí)施例可W在其中實(shí)現(xiàn)的環(huán)境。
[0041] 圖2示出了可W根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例控制的模塊化多電平變換器。
[0042] 圖3示出了本發(fā)明方法的實(shí)施例步驟的流程圖。
[0043] 圖4示出了可W根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例控制的模塊化多電平變換器。
[0044] 圖5示出了本發(fā)明方法的實(shí)施例步驟的流程圖。
[0045] 圖6示出了可W根據(jù)本發(fā)明的又一種實(shí)施例控制的模塊化多電平變換器。
[0046] 圖7示出了可W根據(jù)本發(fā)明的又一種實(shí)施例控制的模塊化多電平變換器。
[0047] 圖8示出了本發(fā)明方法的實(shí)施例步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[004引在下面的描述中，為了