一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置，当混合型模块化多电平换流器过调制稳态运行时，根据系统运行状态确定三次谐波电压修正量，然后确定环流抑制电压修正量，最后确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压，该策略能够抑制混合型模块化多电平换流器全桥子模块和半桥子模块的电容电压波动差异，同时能够降低换流器整体的电容电压波动水平，轻型化效果明显，且混合型模块化多电平换流器能够稳定运行。本发明专利技术提供的技术方案引入了三次谐波电压注入量，在保持直流母线电压和输送功率不变的前提下能够有效的抑制混合型模块化多电平换流器全桥子模块和半桥子模块电容电压波动差异，同时降低了换流器整体的子模块电容电压纹波水平。

A Method and Device for Suppressing Capacitor Voltage Fluctuation Difference of Hybrid MMC Submodule

The invention provides a method and device for suppressing the difference of capacitor voltage fluctuation of hybrid MMC sub-module. When the hybrid modular multi-level converter is over-modulated in steady state, the third harmonic voltage correction is determined according to the system operation state, then the circulating current suppression voltage correction is determined, and finally the modulation wave voltage of the hybrid modular multi-level converter is determined. The strategy can be used to control the voltage fluctuation of the hybrid modular multi-level converter. The difference of capacitance voltage fluctuation between full-bridge module and half-bridge module of hybrid modular multi-level converter is restrained. At the same time, the overall voltage fluctuation level of the converter can be reduced. The lightweight effect is obvious, and the hybrid modular multi-level converter can operate steadily. The technical scheme of the invention introduces the third harmonic voltage injection quantity, which can effectively suppress the difference of the capacitance voltage fluctuation between the full bridge module and the half bridge module of the hybrid modular multi-level converter while maintaining the DC bus voltage and the transmission power unchanged, and at the same time reduces the capacitance voltage ripple level of the whole sub-module of the converter.

【技术实现步骤摘要】
一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置
本专利技术涉及柔性直流输电
，具体涉及一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置。
技术介绍
柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。由于模块化多电平换流器具备易扩展、波形好和模块化设计等特点适用于高压大功率等场合，在柔性直流输电领域备受关注。由半桥子模块和全桥子模块构成的混合MMC，兼具经济性和直流故障穿越能力，已经成为当前的研究热点并逐渐被工程采用。然而，与传统直流输电换流器相比，同等容量等级的混合型模块化多电平换流器中电容体积更大，因而带来的成本不容忽视。且随着输送容量和直流母线电压等级的提高，电容规模扩大引起的经济和技术问题将更加严重。同时，混合型模块化多电平换流器在过调制运行时全桥子模块与半桥子模块电容电压波动存在差异，且较大程度的影响了整体电容电压的波动水平，致使换流器整体电容电压波动水平增大。现有技术不能满足混合型模块化多电平换流器对轻型化的需求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中混合型模块化多电平换流器全桥子模块与半桥子模块电容电压波动存在差异而导致的子模块电容电压波动水平增大的不足，本专利技术提供一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置，当混合型模块化多电平换流器稳定运行时，根据系统运行参数确定三次谐波电压修正量，然后根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量，接着通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压，最后通过改变混合型模块化多电平换流器的调制波电压降低了子模块电容电压波动，混合型模块化多电平换流器在能够稳定运行基础上，全桥子模块和半桥子模块的电容电压波动差异减小，模块化多电平换流器子模块电容电压整体波动得到抑制，轻型化效果明显。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置，包括：当混合型模块化多电平换流器稳定运行时，根据系统运行参数确定三次谐波电压修正量；根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量；通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压；通过改变混合型模块化多电平换流器的调制波电压抑制全桥子模块和半桥子模块的电容电压波动差异，同时也能够抑制模块化多电平换流器子模块电容电压整体波动。混合型模块化多电平换流器稳定的约束条件如下式：其中，m表示混合型模块化多电平换流器的电压调制比，表示功率因数角，Uc表示子模块中电容电压参考值，Udc表示直流母线电压，N表示单个桥臂子模块个数,F表示单个桥臂全桥子模块个数。所述三次谐波电压修正量按下式确定：其中，ΔuTHI表示三次谐波电压注入量，ω为系统频率，为相位角，k为三次谐波电压注入系数，表达式如下：所述根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量，包括：采集混合型模块化多电平换流器的桥臂电流，并根据下式确定混合型模块化多电平换流器的三相内部电流：其中，icirj表示混合型模块化多电平换流器的内部环流，j＝a、b、c，ipj、inj分别表示混合型模块化多电平换流器中上、下桥臂的电流；将icirj进行abc/dq变换，得到混合型模块化多电平换流器内部换流的d轴分量和q轴分量i2fd和i2fq；根据混合型模块化多电平换流器内部换流的d轴分量和q轴分量，按下式确定d轴环流抑制电压修正量和q轴环流抑制电压修正量：其中，ucird_ref表示d轴环流抑制电压修正量，ucirq_ref表示q轴环流抑制电压修正量，i2fd表示混合型模块化多电平换流器的d轴电流分量，i2fq表示混合型模块化多电平换流器的q轴电流分量，i2fd_ref表示混合型模块化多电平换流器的d轴电流参考值，i2fq_ref表示混合型模块化多电平换流器的q轴电流参考值，kp1、kp2表示比例系数，ki1、ki2表示积分系数，ω表示系统频率，Larm表示桥臂电感；将ucird_ref和ucirq_ref进行dq/abc变换，得到三相环流抑制电压修正量。所述通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压，包括：按下式确定外环功率控制器输出的电流参考值：其中，id_ref表示外环功率控制器输出的d轴电流参考值，iq_ref表示外环功率控制器输出的q轴电流参考值，P表示混合型模块化多电平换流器输出的有功功率，Q表示混合型模块化多电平换流器输出的无功功率，Pref表示混合型模块化多电平换流器输出的有功功率参考值，Qref表示混合型模块化多电平换流器输出的无功功率参考值，kp3、kp4表示比例系数，ki3、ki4表示积分系数；根据id_ref和iq_ref，并按下式确定内环电流控制器输出的电压参考值：其中，ed_ref表示内环电流控制器输出的d轴电压参考值，eq_ref表示内环电流控制器输出的q轴电压参考值，id表示外环功率控制器输出的d轴实际电流，iq表示外环功率控制器输出的q轴实际电流，kp5、kp6表示比例系数，ki5、ki6表示积分系数；将ed_ref、eq_ref进行dq/abc变换，得到三相虚拟电动势；根据三次谐波电压修正量ΔuTHI、三相虚拟电动势和三相环流抑制电压修正量，并按下式确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压：其中，upj_ref、unj_ref表示混合型模块化多电平换流器中上、下桥臂的调制波电压，ej_ref表示三相虚拟电动势，ucirj_ref表示三相环流抑制电压修正量。另一方面，本专利技术还提供一种混合型模块化多电平换流器轻型化装置，包括：谐波发生控制器，用于当混合型模块化多电平换流器稳定运行时，确定三次谐波电压修正量；换流抑制控制器，用于根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量；调制波电压控制器，用于通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压；系统控制器，用于通过混合型模块化多电平换流器的调制波电压降低子模块电容电压波动。所述谐波发生控制器包括：判断单元，用于根据下述约束条件判断混合型模块化多电平换流器是否稳定，若满足约束条件，混合型模块化多电平换流器稳定：其中，m表示混合型模块化多电平换流器的电压调制比，表示功率因数角，Uc表示子模块中电容电压参考值，Udc表示直流母线电压，N表示单个桥臂子模块个数,F表示单个桥臂全桥子模块个数。所述谐波发生器还包括：三次谐波电压修正量确定单元，用于按下式确定三次谐波电压修正量：其中，ΔuTHI表示三次谐波电压注入量，ω为系统频率，为相位角，k为三次谐波电压注入系数，表达式如下：所述环流抑制器包括：三相内部电流确定单元，用于采集混合型模块化多电平换流器的桥臂电流，并根据下式确定混合型模块化多电平换流器的三相内部电流：其中，icirj表示混合型模块化多电平换流器的内部环流，j＝a、b、c，ipj、inj分别表示混合型模块化多电平换流器中上、下桥臂的电流；abc/dq变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置，其特征在于，包括：当混合型模块化多电平换流器稳定运行时，根据系统运行参数确定三次谐波电压修正量；根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量；通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压；通过改变混合型模块化多电平换流器的调制波电压抑制全桥子模块和半桥子模块的电容电压波动差异，同时也能够抑制模块化多电平换流器子模块电容电压整体波动。

【技术特征摘要】
1.一种混合型MMC子模块电容电压波动差异的抑制方法和装置，其特征在于，包括：当混合型模块化多电平换流器稳定运行时，根据系统运行参数确定三次谐波电压修正量；根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量；通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压；通过改变混合型模块化多电平换流器的调制波电压抑制全桥子模块和半桥子模块的电容电压波动差异，同时也能够抑制模块化多电平换流器子模块电容电压整体波动。2.根据权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器子模块电容电压波动差异的抑制方法，其特征在于，所述混合型模块化多电平换流器稳定的约束条件如下式：其中，m表示混合型模块化多电平换流器的电压调制比，表示功率因数角，Uc表示子模块中电容电压参考值，Udc表示直流母线电压，N表示单个桥臂子模块个数,F表示单个桥臂全桥子模块个数。3.根据权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器子模块电容电压波动差异的抑制方法，其特征在于，所述三次谐波电压修正量按下式确定：其中，ΔuTHI表示三次谐波电压注入量，ω为系统频率，为相位角，k为三次谐波电压注入系数，表达式如下：4.根据权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器子模块电容电压波动差异的抑制方法，其特征在于，所述根据混合型模块化多电平换流器的桥臂电流确定三相环流抑制电压修正量，包括：采集混合型模块化多电平换流器的桥臂电流，并根据下式确定混合型模块化多电平换流器的三相内部环流：其中，icirj表示混合型模块化多电平换流器的内部环流，j＝a、b、c，ipj、inj分别表示混合型模块化多电平换流器中上、下桥臂的电流；将icirj进行abc/dq变换，得到混合型模块化多电平换流器内部换流的d轴分量和q轴分量i2fd和i2fq；根据混合型模块化多电平换流器内部环流的d轴分量和q轴分量，按下式确定d轴环流抑制电压修正量和q轴环流抑制电压修正量：其中，ucird_ref表示d轴环流抑制电压修正量，ucirq_ref表示q轴环流抑制电压修正量，i2fd表示混合型模块化多电平换流器的d轴电流分量，i2fq表示混合型模块化多电平换流器的q轴电流分量，i2fd_ref表示混合型模块化多电平换流器的d轴电流参考值，i2fq_ref表示混合型模块化多电平换流器的q轴电流参考值，kp1、kp2表示比例系数，ki1、ki2表示积分系数，ω表示系统频率，Larm表示桥臂电感；将ucird_ref和ucirq_ref进行dq/abc变换，得到三相环流抑制电压修正量。5.根据权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器子模块电容电压波动差异的抑制方法，其特征在于，所述通过三次谐波电压修正量和三相环流抑制电压修正量确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压，包括：按下式确定外环功率控制器输出的电流参考值：其中，id_ref表示外环功率控制器输出的d轴电流参考值，iq_ref表示外环功率控制器输出的q轴电流参考值，P表示混合型模块化多电平换流器输出的有功功率，Q表示混合型模块化多电平换流器输出的无功功率，Pref表示混合型模块化多电平换流器输出的有功功率参考值，Qref表示混合型模块化多电平换流器输出的无功功率参考值，kp3、kp4表示比例系数，ki3、ki4表示积分系数；根据id_ref和iq_ref，并按下式确定内环电流控制器输出的电压参考值：其中，ed_ref表示内环电流控制器输出的d轴电压参考值，eq_ref表示内环电流控制器输出的q轴电压参考值，id表示外环功率控制器输出的d轴实际电流，iq表示外环功率控制器输出的q轴实际电流，kp5、kp6表示比例系数，ki5、ki6表示积分系数；将ed_ref、eq_ref进行dq/abc变换，得到三相虚拟电动势；根据三次谐波电压修正量ΔuTHI、三相虚拟电动势和三相环流抑制电压修正量，并按下式确定混合型模块化多电平换流器的调制波电压：其中，upj_ref、unj_ref表示混合型模块化多电平换流器中上、下桥臂的调制波电压，ej_ref表示三相虚拟电动势，ucirj_ref表示三相环流抑制电压修正量。6.一种混合型模块化多电平换流器子模块电容电压波动差异的抑制装置，其特征在于，包括：谐波...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，陆锋，李钰，屈海涛，黄金魁，许建中，
申请(专利权)人：华北电力大学，中电普瑞电力工程有限公司，国网福建省电力有限公司检修分公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11