模块化多电平换流器的环流抑制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种模块化多电平换流器的环流抑制方法及装置，该环流抑制方法包括：通过计算模块化多电平换流器中的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下的解析模型；将电流基波分量的直流分量带入解析模型中，得到桥臂的二倍频参考电压在旋转坐标系下d轴及q轴的值；进行PARK反变换，得到三相坐标系下的桥臂二倍频环流控制的参考电压；基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压；根据j相上下桥臂参考电压，运用最近电平调制策略计算需要导通的子模块个数，基于子模块个数生成相应的触发脉冲，以控制子模块的开通与关断。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平换流器的环流抑制方法及装置
本专利技术是关于柔性直流输电
，特别是关于一种模块化多电平换流器的环流抑制方法及装置。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)具有易扩展和模块化设计的优点，近几年来得到了快速发展。模块化多电平换流器采用子模块级联方式，可以有效地解决传统功率开关直接串联的不足，提高电压和功率等级，在柔性直流输电领域具有广阔的应用前景。模块化多电平换流器共有3个相单元，每个相单元由上、下两个桥臂构成，共6个桥臂，每个桥臂由若干个子模块和电感级联构成(如图1所示)。子模块采用半桥结构，由两个带反并联二极管的IGBT和一个电容构成(如图2所示)，通过对三个相单元上、下桥臂处于投入状态的子模块数进行分配，实现对换流器三相交流电压的调节。由于模块化多电平换流器独特的结构特点，在桥臂电流的作用下，子模块电容会周期性充放电，造成子模块电容电压波动，进而引入桥臂环流，导致桥臂电流发生畸变，换流器损耗增大。针对MMC中环流问题，可通过增大桥臂电感来抑制环流，但该方法不能从根本上解决环流问题，且过大的电感会降低系统的响应速度、增大装置的体积。也可以在比例—积分(PI)、准比例谐振等调节器的基础上设计环流抑制控制器，这些都可以在一定程度上起到环流抑制的作用，改善桥臂电流的畸变，减少损耗。但这些控制策略较为复杂，都需要实时检测三相上、下桥臂电流。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种模块化多电平换流器的环流抑制方法及装置，以在有效抑制二次谐波环流的同时降低控制器的复杂程度。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种模块化多电平换流器的环流抑制方法，该环流抑制方法包括：通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型；将电流基波分量通过PARK变换后的直流分量带入所述解析模型中，得到桥臂的二倍频参考电压在旋转坐标系下d轴及q轴的值；将所述旋转坐标系下d轴及q轴的值进行PARK反变换，得到三相坐标系下的桥臂二倍频环流控制的参考电压；基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压；根据所述j相上下桥臂参考电压，运用最近电平调制策略计算需要导通的子模块个数，基于所述子模块个数生成相应的触发脉冲，以控制子模块的开通与关断。一实施例中，通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型，包括：建立模块化多电平换流器的数学模型，通过计算子模块电容电压波动得到所述电容电压值；预设上下桥臂总开关状态中的附加二倍频分量，基于所述电容电压值及附加二倍频分量计算所述相单元的输出电压；预设环流抑制控制器输出的二倍频参考电压表达式，将所述相单元的输出电压带入所述二倍频参考电压表达式，得到所述解析模型。一实施例中，基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压，包括：将所述直流母线电压的一半与换流器交流侧输出电压参考值相加，然后减去所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上桥臂参考电压；将所述直流母线电压的一半与换流器交流侧输出电压参考值相加，然后减去所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相下桥臂参考电压。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种模块化多电平换流器的环流抑制装置，包括：模型建立单元，用于通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型；参考电压中间值生成单元，用于将电流基波分量通过PARK变换后的直流分量带入所述解析模型中，得到桥臂的二倍频参考电压在旋转坐标系下d轴及q轴的值；变换单元，用于将所述旋转坐标系下d轴及q轴的值进行PARK反变换，得到三相坐标系下的桥臂二倍频环流控制的参考电压；上下桥臂参考电压计算单元，用于基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压；控制单元，用于根据所述j相上下桥臂参考电压，运用最近电平调制策略计算需要导通的子模块个数，基于所述子模块个数生成相应的触发脉冲，以控制子模块的开通与关断。一实施例中，所述模型建立单元包括：容电压值生成模块，用于建立模块化多电平换流器的数学模型，通过计算子模块电容电压波动得到所述电容电压值；输出电压计算模块，用于预设上下桥臂总开关状态中的附加二倍频分量，基于所述电容电压值及附加二倍频分量计算所述相单元的输出电压；解析模型生成单元，用于预设环流抑制控制器输出的二倍频参考电压表达式，将所述相单元的输出电压带入所述二倍频参考电压表达式，得到所述解析模型。一实施例中，所述上下桥臂参考电压计算单元包括：上桥臂参考电压计算模块，用于将所述直流母线电压的一半与换流器交流侧输出电压参考值相加，然后减去所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上桥臂参考电压；下桥臂参考电压计算模块，用于将所述直流母线电压的一半与换流器交流侧输出电压参考值相加，然后减去所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相下桥臂参考电压。利用本专利技术，可以在有效抑制二次谐波环流的同时降低控制器的复杂程度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中三相模块化多电平换流器的拓扑结构图；图2为图1中的单个子模块的具体电路图；图3为本专利技术一实施例的模块化多电平换流器的环流抑制方法流程；图4为本专利技术实施例基于解析法的MMC环流抑制策略的控制原理框图；图5为本专利技术一实施例的模块化多电平换流器的环流抑制方法流程；图6为本专利技术实施例的两端MMC-HVDC系统示意结构图；图7为本专利技术实施例采用本专利技术的环流抑制方法后a相上、下桥臂电流ipa、ina及环流idiffa流程图；图8为本专利技术实施例采用本专利技术的环流抑制方法后a相上、下桥臂子模块电容电压；图9为本专利技术实施例模块化多电平换流器的环流抑制装置结构框图；图10为本专利技术实施例模块化多电平换流器的环流抑制装置结构框图；图11为本专利技术实施例模块化多电平换流器的环流抑制装置结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种模块化多电平换流器的环流抑制方法，如图3所示，该环流抑制方法包括：S301：通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型；S302：将电流基波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器的环流抑制方法，其特征在于，包括：通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型；将电流基波分量通过PARK变换后的直流分量带入所述解析模型中，得到桥臂的二倍频参考电压在旋转坐标系下d轴及q轴的值；将所述旋转坐标系下d轴及q轴的值进行PARK反变换，得到三相坐标系下的桥臂二倍频环流控制的参考电压；基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压；根据所述j相上下桥臂参考电压，运用最近电平调制策略计算需要导通的子模块个数，基于所述子模块个数生成相应的触发脉冲，以控制子模块的开通与关断。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的环流抑制方法，其特征在于，包括：通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型；将电流基波分量通过PARK变换后的直流分量带入所述解析模型中，得到桥臂的二倍频参考电压在旋转坐标系下d轴及q轴的值；将所述旋转坐标系下d轴及q轴的值进行PARK反变换，得到三相坐标系下的桥臂二倍频环流控制的参考电压；基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压；根据所述j相上下桥臂参考电压，运用最近电平调制策略计算需要导通的子模块个数，基于所述子模块个数生成相应的触发脉冲，以控制子模块的开通与关断。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的环流抑制方法，其特征在于，通过计算模块化多电平换流器中每个相单元的上下桥臂各时刻的电容电压值及相单元的输出电压建立桥臂二倍频环流控制的参考电压在旋转坐标系下d轴和q轴的解析模型，包括：建立模块化多电平换流器的数学模型，通过计算子模块电容电压波动得到所述电容电压值；预设上下桥臂总开关状态中的附加二倍频分量，基于所述电容电压值及附加二倍频分量计算所述相单元的输出电压；预设环流抑制控制器输出的二倍频参考电压表达式，将所述相单元的输出电压带入所述二倍频参考电压表达式，得到所述解析模型。3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的环流抑制方法，其特征在于，基于直流母线电压、换流器交流侧输出电压参考值及所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上下桥臂参考电压，包括：将所述直流母线电压的一半与换流器交流侧输出电压参考值相加，然后减去所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相上桥臂参考电压；将所述直流母线电压的一半与换流器交流侧输出电压参考值相加，然后减去所述桥臂二倍频环流控制的参考电压，得到j相下桥臂参考电压。4.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅东升，吴俊勇，郭明星，张巨瑞，郝亮亮，杨海龙，毛永清，陈瑞军，刘自程，张德新，张静，
申请(专利权)人：北京能源集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11