一种混合型MMC不间断运行的控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合型MMC不间断运行的控制方法及控制系统，控制方法包括：获取各相上、下桥臂交流输出电压参考值，获取直流电压参考值，获取各相上、下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，获取各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值，并生成驱动信号。控制系统包括交流电流控制装置、直流电流控制装置、负序环流抑制控制装置、零序环流抑制控制装置以及驱动信号合成装置，分别用于获取各相上、下桥臂交流输出电压参考值，直流电压参考值，各相上、下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值以及驱动信号。本发明专利技术可统一控制交流正、负序电流，抑制交流负序电流和桥臂零序环流，控制直流侧电流，最终实现不间断运行。

A control method and control system for uninterrupted operation of a hybrid MMC

The invention discloses a hybrid MMC uninterrupted running control method and control system, the control method comprises the following steps: acquiring the upper and lower bridge arm AC output voltage reference value, obtain a DC voltage reference value, for each phase of the upper and lower bridge arm two frequency negative sequence current restrain reference voltage for each phase the upper and lower bridge arm ZSCC compensation potential reference value, and generates a drive signal. The control system comprises a control device, alternating current direct current control device, control device, negative sequence current restrain ZSCC control device and the driving signal synthesis device, were used to obtain the upper and lower bridge arm AC output voltage reference value, the DC voltage reference value, the reference voltage of each phase of the upper and lower bridge arm negative sequence two double circulation inhibition, the upper and lower bridge arm ZSCC compensation potential reference value and a drive signal. The invention can control AC positive and negative sequence currents uniformly, inhibit AC negative sequence current and bridge arm zero sequence circulation, control DC side current, and ultimately achieve continuous operation.

【技术实现步骤摘要】
一种混合型MMC不间断运行的控制方法及控制系统
本专利技术属于电力系统输配电
，更具体地，涉及一种混合型MMC交流不对称故障和直流故障不间断运行的控制方法。
技术介绍
模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter，MMC)具有模块化结构、易于拓展等优点，在柔性直流输电领域得到了广泛的应用。在各类MMC拓扑中，基于全桥型子模块(Fullbridgesub-module，FBSM)和半桥型子模块(Halfbridgesub-module，HBSM)的混合型MMC具有良好的控制特性，通过采用交、直流解耦控制方法，能够在直流故障时不闭锁开关器件IGBT、穿越直流故障，是一种具备应用前景的方案。目前，对于混合型MMC的建模和控制策略均基于三相对称电网，而交流电网发生不对称故障的概率较大，针对电网电压不对称的运行工况，管敏渊等人在《电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制》(高电压技术,2013,39(5):1238-1245)中提出了一种基于dq坐标系的矢量控制方法，该方法利用正负序两套PI控制器，在dq坐标系下分别对正序分量和负序分量进行解耦控制。欧朱建等人在《电网电压不对称工况下基于桥臂电流控制的模块化多电平变换器控制策略》(中国电机工程学报,2009,29(00))中提出了一种基于桥臂电流控制的模块化多电平变换器控制策略，采用分层控制，在abc坐标系下对桥臂进行直接控制。但是，上述方案都只针对交流侧的电气量进行控制，控制结构存在缺陷，无法对直流侧的电气量进行控制；并且，上述方案都不具备直流故障处理能力，无法保证混合型MMC在交流不对称故障和直流故障期间的不间断运行。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提出了一种电网不对称故障下混合型MMC不间断运行的控制方法，其目的在于重新设计现有的混合型MMC的控制方法，使得正常运行以及交流不对称故障期间，可以确保交直流电流、电压维持在安全范围内，从而实现混合型MMC的不间断运行。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种混合型MMC不间断运行的控制方法，包括如下步骤：(1)通过交流电流控制获取各相上、下桥臂交流输出电压参考值；(2)通过直流电流控制获取直流电压参考值；(3)测量各相上、下桥臂电流，对测量的各相上、下桥臂电流进行负序环流抑制控制，得到各相上、下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压；(4)通过零序环流抑制控制获取各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值；(5)将步骤(2)获取到的直流电压参考值，分别减去步骤(1)获取到的各相上桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去步骤(3)获取到的各相上桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去步骤(4)获取到的各相上桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相上桥臂输出电压参考值；将步骤(2)获取到的直流电压参考值，分别减去步骤(1)获取到的各相下桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去步骤(3)获取到的各相下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去步骤(4)获取到的各相下桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相下桥臂输出电压参考值；(6)对步骤(5)所获取到的各相上、下桥臂输出电压参考值进行子模块电容电压均压控制，得到开关器件的驱动信号，驱动信号使得混合型MMC在交流故障和直流故障期间均可保证一定的电压或功率输出，进而实现混合型MMC的不间断运行。进一步地，步骤(1)具体包括如下步骤：(1.1)获得子模块电容电压平均值的参考值Vcref、子模块电容电压平均值的实测标幺值无功功率指令值Qref以及无功功率实测标幺值Qpu；将子模块电容电压平均值的参考值Vcref减去子模块电容电压平均值的实测标幺值后进行比例积分运算，得到交流有功电流指令值idref；将无功功率指令值Qref减去无功功率实测标幺值Qpu后进行比例积分运算，得到交流无功电流指令值iqref；(1.2)获得交流有功电流实测标幺值idpu和交流无功电流实测标幺值iqpu；将交流有功电流实测标幺值idpu与比例系数Lpu相乘后，得到中间结果将交流无功电流实测标幺值iqpu与比例系数Lpu相乘后，得到中间结果(1.3)将交流有功电流指令值idref与交流有功电流实测标幺值idpu相减后分别进行比例积分运算和准谐振运算，以分别控制交流正序电流和交流负序电流；将比例积分运算结果和准谐振运算结果相加，得到中间结果将交流无功电流指令值iqref与交流无功电流实测标幺值iqpu相减后分别进行比例积分运算和准谐振运算，以分别控制交流正序电流和交流负序电流；将比例积分运算结果和准谐振运算结果相加，得到中间结果(1.4)获得交流d轴电压的标幺值vdpu和交流q轴电压的标幺值vqpu；将交流d轴电压的标幺值vdpu与中间结果相加后减去中间结果得到d轴调制比Md；将交流q轴电压的标幺值vqpu与中间结果相加后减去中间结果得到q轴调制比Mq；(1.5)获得MMC交流母线的交流瞬时值vPCC；并将MMC交流母线的交流瞬时值vPCC经过基于ANF的锁相环运算后输出θ；(1.6)对d轴调制比Md和q轴调制比Mq进行dq/abc坐标变换后分别得到abc坐标下交流调制比ma、mb、mc；其中，坐标变换的同步变换角为θ；(1.7)将abc坐标下交流调制比ma、mb、mc分别与比例系数相乘后，得到各相上、下桥臂交流输出电压参考值；其中，vdcn为极对极直流电压额定值。进一步地，步骤(2)具体包括如下步骤：(2.1)获得有功功率参考值Pdcref、有功功率实测标幺值Pdcpu、直流电压参考值Vdcref、直流电压实测标幺值Vdcpu以及控制标志Fdc；(2.2)若控制标志Fdc设置为I，则转入步骤(2.3)；若控制标志设置为II，则转入步骤(2.4)；(2.3)将有功功率参考值Pdcref与比例系数相乘，得到中间结果以实现低压限流处理；并将中间结果减去有功功率实测标幺值Pdcpu后进行比例积分运算，得到直流电流参考值Idcref；并转入步骤(2.5)；(2.4)将直流电压参考值Vdcref减去直流电压实测标幺值Vdcpu后进行比例积分运算，获得直流电流参考值Idcref；并转入步骤(2.5)；(2.5)获得直流电流实测标幺值Idcpu，并将直流电流参考值Idcref减去直流电流实测标幺值Idcpu后进行比例积分运算，获得直流调制比Mdc；(2.6)将直流调制比Mdc与比例系数相乘后，获得直流电压参考值。进一步地，步骤(4)具体包括：获得MMC的极对极直流电压；对MMC的极对极直流电压进行准谐振运算后，滤除直流分量udc，得到各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值；准谐振运算的特性方程为其中，KR为谐振系数，ω0为谐振频率，ωc为截止频率。按照本专利技术的另一方面，提供了一种混合型MMC不间断运行的控制系统，包括：交流电流控制装置、直流电流控制装置、负序环流抑制控制装置、零序环流抑制控制装置以及驱动信号合成装置；交流电流控制装置的第一输入端用于接收子模块电容电压平均值的参考值Vcref，交流电流控制装置的第二输入端用于接收子模块电容电压平均值的实测标幺值交流电流控制装置的第三输入端用于接收无功功率指令值Qref，交流电流控制装置的第四输入端用于接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型MMC不间断运行的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过交流电流控制获取各相上、下桥臂交流输出电压参考值；(2)通过直流电流控制获取直流电压参考值；(3)测量各相上、下桥臂电流，对测量的各相上、下桥臂电流进行负序环流抑制控制，得到各相上、下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压；(4)通过零序环流抑制控制获取各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值；(5)将步骤(2)获取到的直流电压参考值，分别减去步骤(1)获取到的各相上桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去步骤(3)获取到的各相上桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去步骤(4)获取到的各相上桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相上桥臂输出电压参考值；将步骤(2)获取到的直流电压参考值，分别减去步骤(1)获取到的各相下桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去步骤(3)获取到的各相下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去步骤(4)获取到的各相下桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相下桥臂输出电压参考值；(6)对步骤(5)所获取到的各相上、下桥臂输出电压参考值进行子模块电容电压均压控制，得到开关器件的驱动信号，所述驱动信号使得混合型MMC在交流故障和直流故障期间均可保证一定的电压或功率输出，进而实现混合型MMC的不间断运行。...

【技术特征摘要】
1.一种混合型MMC不间断运行的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过交流电流控制获取各相上、下桥臂交流输出电压参考值；(2)通过直流电流控制获取直流电压参考值；(3)测量各相上、下桥臂电流，对测量的各相上、下桥臂电流进行负序环流抑制控制，得到各相上、下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压；(4)通过零序环流抑制控制获取各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值；(5)将步骤(2)获取到的直流电压参考值，分别减去步骤(1)获取到的各相上桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去步骤(3)获取到的各相上桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去步骤(4)获取到的各相上桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相上桥臂输出电压参考值；将步骤(2)获取到的直流电压参考值，分别减去步骤(1)获取到的各相下桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去步骤(3)获取到的各相下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去步骤(4)获取到的各相下桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相下桥臂输出电压参考值；(6)对步骤(5)所获取到的各相上、下桥臂输出电压参考值进行子模块电容电压均压控制，得到开关器件的驱动信号，所述驱动信号使得混合型MMC在交流故障和直流故障期间均可保证一定的电压或功率输出，进而实现混合型MMC的不间断运行。2.如权利要求1所述的混合型MMC不间断运行的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：(1.1)获得子模块电容电压平均值的参考值Vcref、子模块电容电压平均值的实测标幺值无功功率指令值Qref以及无功功率实测标幺值Qpu；将所述子模块电容电压平均值的参考值Vcref减去所述子模块电容电压平均值的实测标幺值后进行比例积分运算，得到交流有功电流指令值idref；将所述无功功率指令值Qref减去所述无功功率实测标幺值Qpu后进行比例积分运算，得到交流无功电流指令值iqref；(1.2)获得交流有功电流实测标幺值idpu和交流无功电流实测标幺值iqpu；将所述交流有功电流实测标幺值idpu与比例系数Lpu相乘后，得到中间结果将所述交流无功电流实测标幺值iqpu与比例系数Lpu相乘后，得到中间结果(1.3)将所述交流有功电流指令值idref与所述交流有功电流实测标幺值idpu相减后分别进行比例积分运算和准谐振运算，以分别控制交流正序电流和交流负序电流；将比例积分运算结果和准谐振运算结果相加，得到中间结果将所述交流无功电流指令值iqref与所述交流无功电流实测标幺值iqpu相减后分别进行比例积分运算和准谐振运算，以分别控制交流正序电流和交流负序电流；将比例积分运算结果和准谐振运算结果相加，得到中间结果(1.4)获得交流d轴电压的标幺值vdpu和交流q轴电压的标幺值vqpu；将所述交流d轴电压的标幺值vdpu与所述中间结果相加后减去所述中间结果得到d轴调制比Md；将所述交流q轴电压的标幺值vqpu与所述中间结果相加后减去所述中间结果得到q轴调制比Mq；(1.5)获得MMC交流母线的交流瞬时值vPCC；并将所述MMC交流母线的交流瞬时值vPCC经过基于ANF的锁相环运算后输出θ；(1.6)对所述d轴调制比Md和所述q轴调制比Mq进行dq/abc坐标变换后分别得到abc坐标下交流调制比ma、mb、mc；其中，坐标变换的同步变换角为θ；(1.7)将所述abc坐标下交流调制比ma、mb、mc分别与比例系数相乘后，得到各相上、下桥臂交流输出电压参考值；其中，vdcn为极对极直流电压额定值。3.如权利要求1所述的混合型MMC不间断运行的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括如下步骤：(2.1)获得有功功率参考值Pdcref、有功功率实测标幺值Pdcpu、直流电压参考值Vdcref、直流电压实测标幺值Vdcpu以及控制标志Fdc；(2.2)若所述控制标志Fdc设置为I，则转入步骤(2.3)；若所述控制标志设置为II，则转入步骤(2.4)；(2.3)将所述有功功率参考值Pdcref与比例系数相乘，得到中间结果以实现低压限流处理；并将所述中间结果减去所述有功功率实测标幺值Pdcpu后进行比例积分运算，得到直流电流参考值Idcref；并转入步骤(2.5)；(2.4)将所述直流电压参考值Vdcref减去所述直流电压实测标幺值Vdcpu后进行比例积分运算，获得直流电流参考值Idcref；并转入步骤(2.5)；(2.5)获得直流电流实测标幺值Idcpu，并将所述直流电流参考值Idcref减去所述直流电流实测标幺值Idcpu后进行比例积分运算，获得直流调制比Mdc；(2.6)将所述直流调制比Mdc与比例系数相乘后，获得直流电压参考值。4.如权利要求1-3任一项所述的混合型MMC不间断运行的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：获得MMC的极对极直流电压；对所述MMC的极对极直流电压进行准谐振运算后，滤除直流分量udc，得到各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值；准谐振运算的特性方程为其中，KR为谐振系数，ω0为谐振频率，ωc为截止频率。5.一种混合型MMC不间断运行的控制系统，其特征在于，包括：交流电流控制装置、直流电流控制装置、负序环流抑制控制装置、零序环流抑制控制装置以及驱动信号合成装置；所述交流电流控制装置的第一输入端用于接收子模块电容电压平均值的参考值Vcref，所述交流电流控制装置的第二输入端用于接收子模块电容电压平均值的实测标幺值所述交流电流控制装置的第三输入端用于接收无功功率指令值Qref，所述交流电流控制装置的第四输入端用于接收无功功率实测标幺值Qpu，所述交流电流控制装置的第五输入端用于接收交流有功电流实测标幺值idpu，所述交流电流控制装置的第六输入端用于接收交流无功电流实测标幺值iqpu，所述交流电流控制装置的第七输入端用于接收交流d轴电压的标幺值vdpu，所述交流电流控制装置的第八输入端用于接收交流q轴电压的标幺值vqpu，所述交流电流控制装置的第九输入端用于接收MMC交流母线的交流瞬时值vPCC；所述交流电流控制装置用于对输入的电压、电流信号执行交流电流控制，以获取各相上、下桥臂交流输出电压参考值；所述直流电流控制装置的第一输入端用于接收有功功率参考值Pdcref，所述直流电流控制装置的第二输入端用于接收有功功率实测标幺值Pdcpu，所述直流电流控制装置的第三输入端用于接收直流电压参考值Vdcref，所述直流电流控制装置的第四输入端用于接收直流电压实测标幺值Vdcpu，所述直流电流控制装置的第五输入端用于接收控制标志Fdc，所述直流电流控制装置的第六输入端用于接收直流电流实测标幺值Idcpu；所述直流电流控制装置通过对有功功率或者直流电压进行控制实现直流电流控制，以获取直流电压参考值；所述负序环流抑制控制装置的第一输入端用于接收a相上桥臂电流ipa，所述负序环流抑制控制装置的第二输入端用于接收a相下桥臂电流ina，所述负序环流抑制控制装置的第三输入端用于接收b相上桥臂电流ipb，所述负序环流抑制控制装置的第四输入端用于接收b相下桥臂电流inb，所述负序环流抑制控制装置的第五输入端用于接收c相上桥臂电流ipc，所述负序环流抑制控制装置的第六输入端用于接收c相下桥臂电流inc，所述负序环流抑制控制装置的第七输入端用于接收同步变换角；所述负序环流抑制控制装置用于对各相上、下桥臂电流进行负序环流抑制控制，以获取各相上、下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压；所述零序环流抑制控制装置的输入端用于接收MMC的极对极直流电压；所述零序环流抑制控制装置用于滤除MMC的极对极直流电压的直流分量，以获取各相上、下桥臂零序环流补偿电势参考值；所述驱动信号合成装置的第一输入端连接至所述交流电流控制装置的输出端，所述驱动信号合成装置的第二输入端连接至所述直流电流控制装置的输出端，所述驱动信号合成装置的第三输入端连接至所述负序环流抑制控制装置的输出端，所述驱动信号合成装置的第四输入端连接至所述零序环流抑制控制装置的输出端；所述驱动信号合成装置将直流电压参考值分别减去各相上桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去各相上桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去各相上桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相上桥臂输出电压参考值；所述驱动信号合成装置将直流电压参考值分别减去各相下桥臂交流输出电压参考值，然后对应地减去各相下桥臂负序二倍频环流抑制参考电压，最后对应地减去各相下桥臂零序环流补偿电势参考值，得到各相下桥臂输出电压参考值；所述驱动信号合成装置对各相上、下桥臂输出电压参考值进行子模块电容电压均压控制，得到开关器件的驱动信号，所述驱动信号使得混合型MMC在交流故障或直流故障期间均可保证一定的电压或功率输出，进而实现混合型MMC的不间断运行。6.如权利要求5所述的混合型MMC不间断运行的控制系统，其特征在于，所述交流电流控制装置包括：交流有功控制外环模块、交流无功控制外环模块以及交流控制内环模块；所述交流有功控制外环模块的第一输入端作为所述交流电流控制装置的第一输入端，所述交流有功控制外环模块的第二输入端作为所述交流电流控制装置的输入端，所述交流有功控制外环模块将所述子模块电容电压平均值的参考值Vcref与所述子模块电容电压平均值的实测标幺值相减后进行比例积分运算，得到交流有功电流指令值idref；所述交流无功控制外环模块的第一输入端作为所述交流电流控制装置的第三输入端，所述交流无功控制外环模块的第二输入端作为所述交流电流控制装置的第四输入端，所述交流无功...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙仕达，向往，饶宏，许树楷，朱喆，黄润鸿，林卫星，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42