一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法，包括模块化多电平变换器主电路、内模解耦内环电流控制、电压外环控制、电容电压平衡控制四个部分。基于内模原理的电流解耦控制策略具有更快的动态响应特性，更强的抗干扰能力和更好的鲁棒性。内模解耦原理具有设计简单、参数整定单一、对模型精度要求低、对不可测干扰能够消除等众多优点。同时，当发生三相短路时，接入本发明专利技术提出的多电平变换器时，电压得以恢复，发电机转速仍可以恢复稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法
本专利技术涉及一种静止无功发生器，尤其涉及一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法。
技术介绍
风电作为重要的战略性新兴产业，近年来在我国取得了长足的发展。然而，风电场的装机容量迅猛增加，风电场直接接入电网系统产生的问题日益严重。风力发电一般采用感应式异步电机，为了稳定接入点母线电压，此类风电场接入电网系统时需要吸收无功功率[1]。风速越大，感应电机需要消耗的无功也越多，电压下降也就越低。由于风机对于暂时性电压降落比较敏感，故风机端口的电压降落极易导致切机。因此，在风电场机端必须安装无功补偿装置[2]。随着风电场发电容量的不断增加，传统两电平拓扑结构的基于模块化多电平变换器的静止无功发生器无功补偿容量已不能满足要求。近年来首次提出的模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,MMC)作为一种新型多电平拓扑结构在高压大容量方面表现出明显优势。传统静止无功发生器通常采用基于前馈解耦的电流电压双闭环控制策略。然而这种控制算法参数多，调节复杂，动态响应慢，抗干扰能力差，同时对系统参数准确性要求较高。
技术实现思路
为了克服动态响应慢、抗干扰能力差的难题，本专利技术提出一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法，包括模块化多电平变换器主电路、内模解耦内环电流控制、电压外环控制、电容电压平衡控制四个部分。所述模块化多电平变换器主电路每相由2个桥臂组成，三相共6个桥臂，各桥臂由n个子模块与一个桥臂电感级联而成。所述内模解耦内环电流控制以稳定公共母线电压为控制目标，根据风电场的无功功率需求为参考指令，动态补偿风机并网过程中所需要无功电流。所述电压外环控制的控制目标为有功电流分流和无功电流分量的控制，得到内环电流控制的目标电流。所述电容电压平衡控制采用独立子模块电容电压均衡控制，能够保证三相电压的均衡。本专利技术的有益效果是：基于内模原理的电流解耦控制策略具有更快的动态响应特性，更强的抗干扰能力和更好的鲁棒性。内模解耦原理具有设计简单、参数整定单一、对模型精度要求低、对不可测干扰能够消除等众多优点。同时，当发生三相短路时，接入本专利技术提出的多电平变换器时，电压得以恢复，发电机转速仍可以恢复稳定。附图说明图1基于模块化多电平变换器拓扑结构。图2MMC换流器等效电路。图3内模控制框图。图4外环控制框图。图5电容电压平衡控制。具体实施方案如图1所示，MMC每相由2个桥臂组成，三相共6个桥臂，各桥臂由n个子模块(sub-model,SM)与一个桥臂电感级联而成。每个子模块由带反并联二极管的IGBT与一个直流电容器并联而成。设子模块电容电压为Uc，则通过控制IGBT的开断，可使每个子模块输出两种电平电压。将MMC中各相上、下桥臂子模块输出电压之和用等效电压源代替，各相上、下桥臂等电位点相连接，则可得MMC换流器简化等效电路，如图2所示如图3所示，内模控制原理对系统建模的精确性要求不高，不仅能够很好消除不可测干扰，而且能迅速跟踪系统输入，具有很强的鲁棒性。在内模控制中引入了偏差解耦信号后，即使系统参数发生扰动，内模解耦控制系统依然具有很好解耦性能和很强抗干扰能力。如图4所示，基于内模原理的内环电流解耦控制可由式1得到。内模解耦控制器中有且只有一个可变参数，传统基于前馈解耦的双闭环PI控制器中含有多个可调参数。因此，本专利技术采用的基于内模原理控制算法能显著减小参数整定的复杂度。整个内模解耦控制系统采用电压外环、电流内环的双闭环结构。MMC目标电流主要包括有功电流分量和无功电流分量。有功电流分量主要为MMC自身内部损耗。MMC内部损耗如不加控制将导致子模块电容电压不断下降，子模块电容电压失衡严重将导致STATCOM系统崩溃。所以控制MMC有功电流的传递，补偿自身有功损耗来保证子模块电容电压的稳定是MMC正常工作的必要前提。无功电流分量是指为稳定母线电压所需要吸收的无功功率部分。有功电流分量与无功电流分量相加即为MMC控制目标电流。将基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法各子模块电容电压相加取平均值。如图5所示，上述控制算法只能控制有功功率的交换，确保子模块电容电压的基准值，但并不能保证所有子模块电容电压的均衡控制。因此，本专利技术采取子模块电容电压的均衡控制，能够有效避免可能会出现某些子模块电容电压升高，某些子模块电容电压降低，导致各子模块间的电容电压严重不均衡，进而严重影响基于模块化多电平变换器的静止无功发生器系统的正常稳定运行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法，其特征在于：包括包括模块化多电平变换器主电路、内模解耦内环电流控制、电压外环控制、电容电压平衡控制四个部分。

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法，其特征在于：包括包括模块化多电平变换器主电路、内模解耦内环电流控制、电压外环控制、电容电压平衡控制四个部分。2.如权利要求1所述的基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法，其特征在于所述模块化多电平变换器主电路每相由2个桥臂组成，三相共6个桥臂，各桥臂由n个子模块与一个桥臂电感级联而成。3.如权利要求1所述的基于模块化多电平变换器的静止无功发生器控制方法，其特征在于所述内模解耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志刚，
申请(专利权)人：赵志刚，
类型：发明
国别省市：辽宁,21