一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法，通过将虚拟同步控制方法与MMC相结合对MMC型轻型直流输电的运行模式进行切换，无需专门的同步控制电路，并网前可与电网自动同步，预同步时间很短，并网后能准确跟随电网频率，实现友好并网。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法，通过将虚拟同步控制方法与MMC相结合对MMC型轻型直流输电的运行模式进行切换，无需专门的同步控制电路，并网前可与电网自动同步，预同步时间很短，并网后能准确跟随电网频率，实现友好并网。【专利说明】—种MMC型轻型直流输电系统的并网方法
本专利技术涉及电力电子领域，尤其涉及一种MMC (模块化多电平换流器)型轻型直流输电系统(HVDC-Light)的并网方法。
技术介绍
近年来，随着能源和环境问题的加剧，太阳能和风能等可再生能源在电力系统的渗透率不断提升。随着分布式电源容量、电压等级的提高，尤其是海上风电的发展，轻型直流输电应运而生。MMC作为轻型直流输电系统的主电路，可有效减小输出电压谐波含量，实现高压大功率运行。分布式电源有分散、近靠负载的特点，如能在并网和孤岛两种运行模式实现平滑切换，不仅有助于提高分布式发电的供能质量，还可以发挥分布式发电的潜能，提高电力系统的供电可靠性。因此，开展MMC型轻型直流输电运行模式的无缝切换技术研究尤为重要。然而一般的运行模式切换控制器存在以下不足:1、运行模式切换控制采用双模式控制技术，并网运行时采用PQ电流控制方法，孤岛运行采用v/f控制方法，双模式控制技术符合微网运行的需要，但电压控制与电流控制之间切换难度大，存在切换失败的风险，而且还要检测孤岛信息来确定是否需要切换控制策略。2、采用一般的下垂控制，在并网运行及孤岛运行模式下其控制策略保持不变，符合即插即用的特点，但未考虑下垂控制对并网运行的适应性，在并网瞬间可能存在较大的冲击电流。【专利技术内容】为了使MMC型轻型直流输电系统在无同步单元下快速与电网同步，实现MMC快速、平滑并入电网，不间断地为关键负载可靠供电，本专利技术提出了一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法，在该系统中，MMC通过断路器连接到交流电网，该系统的控制环节包括一个虚拟同步控制单元和一个电容均压分级控制单元，该并网方法包括如下步骤:检测电网三相电压、MMC三相输出电流以及MMC三相输出电压；将MMC三相输出电压与检测到的电网三相电压进行比较，结合实际阻抗设定MMC与电网之间的虚拟阻抗，在虚拟同步控制单元中计算得到用于并网控制的虚拟电流；将MMC模型等同为同步发电机的模型，计算得到用于控制MMC的参考电压信号；将参考电压信号、电压均压分级控制单元得到的信号相结合与已知的移相的三角载波相比较得到MMC中每个子模块的开关的驱动信号，对MMC输出电压进行控制；MMC输出电压逐渐接近电网电压，使虚拟电流逐渐减小，当虚拟电流为零时，gpMMC输出电压与电网电压基本相同，闭合断路器，实现MMC与电网并网。本专利技术的效果在于:(I)MMC型轻型直流输电系统并网无需复杂的、专门的同步控制电路，利用电网电压与MMC输出电压比较生成虚拟电流，实现MMC输出与电网同步，且预同步时间很短。(2)虚拟同步控制具有类似同步发电机的下垂特性，在并网时能结合外部网络的频率、幅值来调节自身功率的输出，在稳定电压频率、幅值在额定值附近的同时，保证对负载的可靠供电。(3)因为虚拟同步控制MMC型轻型直流输电系统均能在并网、孤岛模式下运行，当运行模式变化时，无需检测外部网络变化的信息，无需对控制策略进行切换，避免切换过程中过电流、过电压的产生。【专利附图】【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是根据本专利技术的一个实施例的系统控制框图；图2是根据本专利技术的一个实施例的运算控制算法框图；图3是根据本专利技术的一个实施例的丽C基本结构；图4是根据本专利技术的一个实施例的并网的单相MMC模型；图5是根据本专利技术的一个实施例的MMC输出电压频率和幅值的下垂调节特性。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。参见图1和图2，分别示出了根据本专利技术的一个实施例的MMC型轻型直流输电系统的结构框图及其运行模式控制方法中的运算控制算法框图。该MMC型轻型直流输电系统主要包括MMC、LC滤波器和断路器，LC滤波器并联在MMC和电网之间，断路器用来实现MMC的并网与脱网。该系统的控制环节主要包括一个虚拟同步控制单元和一个电容均压分级控制单元。实时检测电网三相电压Uga、ugb、ug。(下面用Ug表示)，MMC三相输出电流iga、igb、igc(下面用ig表示)以及MMC三相输出电压ua、ub、u。(下面用u表示)。在进行并网操作时，将检测到的电网电压与MMC输出电压(近似为系统级调制信号e)进行比较，通过虚拟同步控制单元中的运算控制算法，生成并网控制用的虚拟电流，进入虚拟同步控制单元，生成参考电压信号，对MMC进行控制，当虚拟电流is逐渐减小至O时，此时可闭合断路器，实现MMC并网运行。当MMC并网之后，将检测到的MMC输出电流ig代替虚拟电流is进入控制器，并设定MMC输出的有功、无功的参考值，改变控制器的开关状态，使MMC具有下垂特性，完成MMC并网，且在并网条件下稳定运行，输出功率基本与参考值吻合。对于MMC脱网运行，当电网需要检测或出现故障时，要求MMC能在孤岛模式运行，可断开断路器，使MMC脱网运行，因为虚拟同步控制单元中引入了下垂控制，使得MMC具有下垂特性，在孤岛模式下，能将输出电压频率、幅值稳定在额定值附近，并使输出功率匹配负载功率，实现MMC孤岛运行，对关键负载的连续可靠供电。下面将结合图2来详细说明本专利技术的虚拟同步控制单元中的运算控制算法。本专利技术的运算控制算法将MMC模型等同为同步发电机的模型，依据同步发电机与电网的功率交换来实现MMC的并网。假设同步发电机的极对数为1，定子绕组自感为L，互感为-M，励磁阻感值为Rf、Lf，励磁绕组与定子绕组间的互感Mf随电角度Θ的变化而变化，if为励磁电流，，为内积，Tm为机械转矩，Te为电磁转矩，Dp为阻尼系数。那么，同步发电机有功功率和无功功率的表达式为:【权利要求】1.一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法，在该系统中，MMC通过断路器连接到交流电网，该系统的控制环节包括虚拟同步控制单元和基于移相载波调制的电容均压控制单元，其特征在于，该并网方法包括如下步骤: 检测电网三相电压、MMC三相输出电流以及MMC三相输出电压； 将MMC三相输出电压与检测到的电网三相电压进行比较，结合实际阻抗设定MMC与电网之间的虚拟阻抗，在虚拟同步控制单元中计算得到用于并网控制的虚拟电流； 将MMC模型等同为同步发电机的模型，计算得到用于控制MMC的参考电压信号； 将参考电压信号、电压均压分级控制单元得到的信号相结合与已知的移相的三角载波相比较得到MMC中每个子模块的开关的驱动信号，对MMC输出电压进行控制； MMC输出电压逐渐接近电网电压，使虚拟电流逐渐减小，当虚拟电流为零时，即MMC输出电压与电网电压基本相同，闭合断路器，实现MMC与电网并网。2.权利要求1所述的MMC型轻型直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法，在该系统中，MMC通过断路器连接到交流电网，该系统的控制环节包括虚拟同步控制单元和基于移相载波调制的电容均压控制单元，其特征在于，该并网方法包括如下步骤：检测电网三相电压、MMC三相输出电流以及MMC三相输出电压；将MMC三相输出电压与检测到的电网三相电压进行比较，结合实际阻抗设定MMC与电网之间的虚拟阻抗，在虚拟同步控制单元中计算得到用于并网控制的虚拟电流；将MMC模型等同为同步发电机的模型，计算得到用于控制MMC的参考电压信号；将参考电压信号、电压均压分级控制单元得到的信号相结合与已知的移相的三角载波相比较得到MMC中每个子模块的开关的驱动信号，对MMC输出电压进行控制；MMC输出电压逐渐接近电网电压，使虚拟电流逐渐减小，当虚拟电流为零时，即MMC输出电压与电网电压基本相同，闭合断路器，实现MMC与电网并网。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：帅智康，彭斌，沈征，尹新，周猛，杨浩，莫尚林，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43