一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法，通过控制三相六臂各自的输出电压upj和unj来实现。为消除各相上、下桥臂电压和的不一致性，在桥臂电压upj和unj上同时减去一个大小等于ucirj的修正量，就可以抵消两个串联电抗器两端之间的电压，同时可间接控制换流器的内部电流icirj。由于这种修正是同时加载同相上下两个桥臂上，因此它不会影响MMC的外部特性，即MMC输出的电流电压和电流不会改变。此外，本发明专利技术采用的准PR控制器，与传统的PR控制器相比，在工程能够有效地减少MMC换流器阀组的二次环流，并且系统参数影响很小，适应性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法。
技术实现思路
在整流、逆变的控制系统中，基于MMC的换流器拓扑结构请参照图1，整流侧和逆变侧阀组结构完全相同。整流和逆变模块均采用链式模块串联多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑整流输入侧通过充电电阻与电网连接，并网完成后将电阻旁路；整流侧将高压交流电转化成直流；逆变侧直接与交流电机连接，将直流电转换成交流电驱动交流电机；该拓扑结构可实现四象限能量回馈。所述的整流、逆变模块分成三相，每相由偶数N个子单元串联而成分为上下两组，每组子单元个数为N/2个；每相的输出端为两组子单元的中点处，且输出端与子单元之间以缓冲电感连接；所述每个子单元为半桥结构，如图2所示，两个开关器件串联，再并联直流电容C。环流是MMC拓扑中特有的一个问题，它是由各相上、下桥臂电压之和彼此不一致引起的，且此环流为二倍频负序性质，它在MMC三相桥臂间流动，对外部交流系统不产生任何影响。每相间的环流实际是叠加在该相的直流电流上，共同流经同一相的上、下两个桥臂，它们共同构成了各相内部电流icirj。根据以上分析，icirj应由正常运行的直流电流分量icirj_DC和二倍频负序交流分量icirj_AC这两部分组成，由于直流侧电流Idc在三相间均匀分配，因此其中的icirj_DC大小应为Idc/3，而icirj_AC则对应MMC的内部环流。依据文献论证，可以得出a，b，c三相的icirj表达式为：式中，I2f为二倍频环流峰值；ω0为基波角频率；为初相角。环流能够增大电流应力、引入附加损耗，增大子模块电容电压波动，甚至导致暂态不稳定，因此必须加以控制。PR控制器是常见的用于抑制MMC阀组环流的控制器，其可以达到零稳态误差，提高有选择抵抗电网电压的干扰能力。但是在实际系统应用中，PR控制器的实现主要存在以下两个问题：1)由于模拟系统元器件参数精度和数字系统精度的限制，理想PR控制器不易实现。2)理想PR控制器在非基频处增益非常小，当电网频率产生偏移时，就无法有效抑制电网产生的谐波。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种在实际工程中容易实现的、控制精确度高的MMC阀组环流抑制方法。本专利技术为解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法，包括以下步骤：通过以下两个方程式对MMC的数学模型进行描述：uj=unj-upj2-R02ij-L02dijdt;]]>L0dicirjdt+R0icirj=Udc2-upj+unj2;]]>其中，j＝a,b,c,分别表示a、b、c三相；uj表示j相的端口输出电压；ij表示j相的端口输出电流；icirj表示j相的内部电流；p、n分别表示上桥臂和下桥臂；L0为桥臂串联电抗器的电感值；电阻R0用来等效整个桥臂的损耗；udc为直流电压；根据MMC的数学模型以及基尔霍夫电压定律可知，j相内部电流icirj在一个桥臂串联电抗器上的压降ucirj可通过以下表达式表示：ucirj=L0dicirjdt+R0icirj;]]>因此将内部电流icirj经过准PR控制器处理后，能获得内部电流在桥臂电抗器及桥臂等效电阻上的电压降参考值，即内部不平衡电压降参考值ucirj_ref；在桥臂电压upj和unj上同时减去一个大小等于ucirj_ref的修正量，从而抵消两个串联电抗器之间的电压，消除上下桥臂电压和之间的不一致性，同时可间接控制换流器的内部电流icirj，具体步骤如下：设ej=unj-upj2;]]>在满足MMC的数学模型的条件下，最终输出上、下桥臂电压参考信号upj_ref和unj_ref分别为：upj_ref=Udc2-ej-ucirj;]]>unj_ref=Udc2+ej-ucirj;]]>然后通过调制生成相应的触发脉冲，进而控制各个子模块的开通和中断。进一步，所述准PR控制器的传递函数为：G(s)=KP+Krωcss2+2ωcs+ω02;]]>式中，Kp为比例项系数，Kr为谐振项系数，ω0为谐振频率；ωc为准积分项的截止频率，且ωc<<ω0；S为拉普拉斯算子。进一步，所述内部电流icirj通过以下方法获得：将桥臂电流ipj、inj分别表示为：ipj=icirj+ij2;]]>inj=icirj-ij2;]]>从而获得j相的内部电流icirj的表达式：icirj=12(ipj+inj).]]>进一步，所述通过调制生成相应的触发脉冲是采用多电平载波移相调制算法完成的。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用的一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法，通过控制三相六臂各自的输出电压upj和unj来实现。为消除各相上、下桥臂电压和的不一致性，在桥臂电压upj和unj上同时减去一个大小等于ucirj的修正量，就可以抵消两个串联电抗器两端之间的电压，同时可间接控制换流器的内部电流icirj。由于这种修正是同时加载同相上下两个桥臂上，因此它不会影响MMC的外部特性，即MMC输出的电流电压和电流不会改变。此外，本专利技术采用的准PR控制器，与传统的PR控制器相比，在工程能够有效地减少MMC换流器阀组的二次环流，并且系统参数影响很小，适应性强。附图说明图1是MMC换流器的拓扑结构示意图；图2是MMC换流器中子单元的结构示意图；图3是MMC换流器的等效电路图；图4是本专利技术的准PR控制器的控制方法示意图；图5是本专利技术的ipa、ina、icira及ucira_ref的仿真波形图。具体实施方式参照图3、图4，本专利技术的一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法，包括以下步骤：通过以下两个方程式对MMC的数学模型进行描述：uj=unj-upj2-R02ij-L02dijdt;]]>L0dicirjdt+R0icirj=Udc2-upj+unj2;]]>其中，j＝a,b,c,分别表示a、b、c三相；uj表示j相的端口输出电压；ij表示j相的端口输出电流；icirj表示j相的内部电流；p、n分别表示上桥臂和下桥臂；L0为桥臂串联电抗器的电感值；电阻R0用来等效整个桥臂的损耗；udc为直流电压；将桥臂电流ipj、inj分别表示为：ipj=icirj+ij2;]]>inj=icirj-ij2;]]>从而获得j相的内部电流icirj的表达式：icirj=12(ipj+inj);]]>根据MMC的数学模型以及基尔霍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过以下两个方程式对MMC的数学模型进行描述：uj=unj-upj2-R02ij-L02dijdt;]]>L0dicirjdt+R0icirj=Udc2-upj+unj2;]]>其中，j＝a,b,c,分别表示a、b、c三相；uj表示j相的端口输出电压；ij表示j相的端口输出电流；icirj表示j相的内部电流；p、n分别表示上桥臂和下桥臂；L0为桥臂串联电抗器的电感值；电阻R0用来等效整个桥臂的损耗；udc为直流电压；根据MMC的数学模型以及基尔霍夫电压定律可知，j相内部电流icirj在一个桥臂串联电抗器上的压降ucirj可通过以下表达式表示：ucirj=L0dicirjdt+R0icirj;]]>因此将内部电流icirj经过准PR控制器处理后，能获得内部电流在桥臂电抗器及桥臂等效电阻上的电压降参考值，即内部不平衡电压降参考值ucirj_ref；在桥臂电压upj和unj上同时减去一个大小等于ucirj_ref的修正量，从而抵消两个串联电抗器之间的电压，消除上下桥臂电压和之间的不一致性，同时可间接控制换流器的内部电流icirj，具体步骤如下：设ej=unj-upj2,]]>在满足MMC的数学模型的条件下，最终输出上、下桥臂电压参考信号upj_ref和unj_ref分别为：upj_ref=Udc2-ej-ucirj;]]>unj_ref=Udc2+ej-ucirj;]]>然后通过调制生成相应的触发脉冲，进而控制各个子模块的开通和中断。...

【技术特征摘要】
1.一种基于准PR控制的MMC阀组环流抑制方法，其特征在于，包
括以下步骤：
通过以下两个方程式对MMC的数学模型进行描述：
uj=unj-upj2-R02ij-L02dijdt;]]>L0dicirjdt+R0icirj=Udc2-upj+unj2;]]>其中，j＝a,b,c,分别表示a、b、c三相；uj表示j相的端口输出电压；
ij表示j相的端口输出电流；icirj表示j相的内部电流；p、n分别表
示上桥臂和下桥臂；L0为桥臂串联电抗器的电感值；电阻R0用来等
效整个桥臂的损耗；udc为直流电压；
根据MMC的数学模型以及基尔霍夫电压定律可知，j相内部电流icirj在一个桥臂串联电抗器上的压降ucirj可通过以下表达式表示：
ucirj=L0dicirjdt+R0icirj;]]>因此将内部电流icirj经过准PR控制器处理后，能获得内部电流在桥
臂电抗器及桥臂等效电阻上的电压降参考值，即内部不平衡电压降参
考值ucirj_ref；
在桥臂电压upj和unj上同时减去一个大小等于ucirj_ref的修正量，
从而抵消两个串联电抗器之间的电压，消除上下桥臂电压和之间的不
一致性，同时可间接控制换流器的内部电流icirj，具体步骤如下：
设ej=unj-upj2,]]>...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝竞豪，黎林，周立专，
申请(专利权)人：广东明阳龙源电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44