一种基于MMC分布式控制结构的具有滤波功能的电容电压分组轮循回传方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MMC分布式控制结构的具有滤波功能的电容电压分组轮循回传方法。在每个回传时刻仅一个地方控制器组向中央控制器回传所采集的本地子模块电容电压信息，所有的地方控制器以分组轮循的方式依次等间隔地回传所采集的本地子模块电容电压信息；并且合理地设置子模块电容电压轮循回传方法的回传频率，实现对相平均电容电压的滤波。采用本发明专利技术方法，可以有效地解决MMC分布式控制系统中通信负担大的问题，并且所提子模块电容电压轮循回传方法的滤波功能可以取代相平均电容电压控制环中的低通滤波环节，能够减小因低通滤波环节而引入的控制延时。

A method of capacitor voltage group round robin with filtering function based on MMC distributed control structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于MMC分布式控制结构的具有滤波功能的电容电压分组轮循回传方法
本专利技术涉及高压直流输电领域，尤其是针对MMC分布式控制结构。
技术介绍
目前，在中高压应用领域(例如高压直流输电、中压电机驱动)，模块化多电平变流器(ModularMultilevelConverter，MMC)因其灵活性、可扩展性、高可靠性等众多特点已成为最有前景的拓扑之一。由于控制器的控制能力限制，采用单个控制器的MMC集中式控制结构只能负担子模块(Sub-module，SM)个数较少的MMC的控制任务，对于含有大量子模块的MMC系统，却无能为力。集中式控制结构大大地限制了MMC的灵活性和扩展性。为了解决集中式控制结构的缺点，使之能够维持MMC系统灵活性和扩展性的分布式控制结构近年来逐渐受到国内外研究者的重视。一般的分布式控制结构可以概括为“一主多从”式控制结构，由三部分构成：中央控制器、通信网络、多个地方控制器。其中，中央控制器执行输出电流控制、环流控制、相平均电容电压控制；地方控制器执行子模块电容电压的均衡控制，中央控制器和地方控制器之间的数据传输依靠通信网络实现。由于中央控制器中相平均电容电压控制的执行需要获知一相所有子模块的电容电压，而电容电压的采集在地方控制器完成，进而需要地方控制器实时向中央控制器回传所有的子模块电容电压，尤其当子模块个数很大时，这将造成巨大的通信负担。所以减小MMC分布式控制系统中的通信负担问题是一项非常有意义的工作。此外，为了避免相平均电容电压中的交流纹波对其他控制目标的干扰，通常在相平均电容电压控制环中添加一个低通滤波环节来滤除交流纹波，但低通滤波环节增大了相平均电容电压控制环的延时，致使控制环的稳定裕度降低。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上不足，本专利技术的目的是：设计一种新的电容电压回传方法解决MMC分布式控制系统中通信负担大的问题，并利用所提子模块电容电压轮循回传方法的滤波功能，代替相平均电容电压控制环的低通滤波环节，以减小因低通滤波环节而引入的控制延时。MMC分布式控制结构仍采用现有的技术结构。如附图1所示，包括三部分：中央控制器，通信网络和2N个位于每个子模块(SM)的地方控制器(地方控制器1～N位于上桥臂，地方控制器N+1～2N位于下桥臂)。其中，中央控制器执行桥臂电流iu和il的采样、输出电流控制、环流控制和相平均电容电压控制；各个地方控制器执行本地子模块电容电压的采样、均衡控制、以及PWM信号的产生；中央控制器和地方控制器之间的协同控制以及信息交换依靠通信网络来实现。为实现专利技术目的，本专利技术采用如下的技术手段进行控制子模块电容电压的回传：一种基于MMC分布式控制结构的具有滤波功能的子模块电容电压分组轮循回传方法，在由中央控制器、通信网络和2N个位于子模块的地方控制器构成的MMC分布式控制结构中，将位于上桥臂的N个地方控制器编号为地方控制器1～N，将位于下桥臂的N个地方控制器编号为地方控制器N+1～2N，并依序将一个上桥臂的地方控制器与一个上下桥臂的地方控制器两两组合为一个地方控制器组Gi，i＝1,2,……N；这样，2N个地方控制器构成N个地方控制器组，具体如下，G1：地方控制器1、地方控制器N+1；G2：地方控制器2、地方控制器N+2；G3：地方控制器3、地方控制器N+3；……，GN：地方控制器N、地方控制器2N；2N个地方控制器向中央控制器回传所采集的本地子模块电容电压信息以实现相平均电容电压控制，其子模块电容电压信息的回传以如下分组轮循回传的方法予以实现：在每个回传时刻仅一个地方控制器组向中央控制器回传所采集的本地子模块电容电压信息；地方控制器组由G1～GN依次等时间间隔地轮循回传所采集的本地子模块电容电压信息；N个回传时刻完成后又进入新的周期循环……；以特定的回传时刻T1～TN为例，地方控制器依次回传地方控制器组子模块电容电压信息的顺序为：G1，G2，G3，……，GN；将回传时刻之间的间隔记为Tt，所述回传间隔Tt由下式确定：Tt＝1/ft，ft为实现相平均电容电压滤波的回传频率。本专利技术提出的子模块电容电压分组轮循回传方法如图2所示，假设地方控制器组G1～N对应的组内两个子模块电容电压的平均值记为uc_g1～N，相平均电容电压uc_av在每个回传时刻依据回传的一组(2个)子模块电容电压的平均值进行自身更新，更新后的相平均电容电压保持直至下一个回传时刻到来。以TN～TN+2时刻为例来具体解释相平均电容电压值的变化，在回传时刻TN相平均电容电压为uc_av(TN)＝[uc_g1(T1)+uc_g2(T2)+…+uc_gN-1(TN-1)+uc_gN(TN)]/N，该值保持直至下一个回传时刻TN+1，在回传时刻TN+1地方控制器组G1回传所采集的两个本地子模块电容电压值，uc_g1由uc_g1(T1)更新为uc_g1(TN+1)，所以在回传时刻TN+1相平均电容电压值由uc_av(TN)更新为uc_av(TN+1)＝[uc_g2(T2)+…+uc_gN-1(TN-1)+uc_gN(TN)+uc_g1(TN+1)]/N，该值保持直至下一个回传时刻TN+2。依据上述过程，第k个回传时刻的相平均电容电压值uc_av(k)表示如下：上式中，uc_av_ripple表示相平均电容电压的交流纹波。考虑上式中uc_av_ripple与回传间隔Tt的关系，如果合理地设置所提出的轮循回传方式下的回传频率ft(ft＝1/Tt)，可以实现相平均电容电压的滤波，也即实现uc_av_ripple恒为0。所以，对实现相平均电容电压滤波功能的回传频率ft求解策略如下：令相平均电容电压中交流纹波的表达式恒等于0，反解出能够实现相平均电容电压滤波的回传频率ft。预设条件如下：uc_av_ripple≡0根据三角函数运算法则，可得如下关系：上式表示的含义相当于对一个频率为2fo的正弦信号进行连续等间隔的N次采样(采样频率也即回传频率表示为ft＝1/Tt)，N次采样的数据求和所得结果恒为0，也即所得的结果中没有出现该正弦分量，达到对该正弦信号的滤波。首先，根据香农采样定理，N次采样的数据必须保证能够复现该正弦信号，所以必须满足：ft≥2*2fo＝4fo其次，再对表达式进行求解，最终求出实现相平均电容电压滤波的回传频率ft：其中：[x]表示不超过x的最大整数。采用本专利技术具有滤波功能的子模块电容电压轮循回传方法，可以有效地解决MMC分布式控制结构中通信负担大的问题，并且所提子模块电容电压轮循回传方法的滤波功能可以取代相平均电容电压控制环中的低通滤波环节，能够减小因低通滤波环节而引入的控制延时。附图说明图1为MMC分布式控制结构的技术结构图。图2为本专利技术提出的子模块电容电压分组轮循回传方法的时序图。具体实施方式在由中央控制器，通信网络和2N个位于每个子模块(SM)的地方控制器构成的MMC分布式控制结构中，如图1所示，本专利技术提出的子模块电容电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MMC分布式控制结构的具有滤波功能的电容电压分组轮循回传方法，在由中央控制器、通信网络和2N个位于子模块的地方控制器构成的MMC分布式控制结构中，将位于上桥臂的N个地方控制器编号为地方控制器1～N，将位于下桥臂的N个地方控制器编号为地方控制器N+1～2N，并依序将一个上桥臂的地方控制器与一个下桥臂的地方控制器两两组合为一个地方控制器组G

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC分布式控制结构的具有滤波功能的电容电压分组轮循回传方法，在由中央控制器、通信网络和2N个位于子模块的地方控制器构成的MMC分布式控制结构中，将位于上桥臂的N个地方控制器编号为地方控制器1～N，将位于下桥臂的N个地方控制器编号为地方控制器N+1～2N，并依序将一个上桥臂的地方控制器与一个下桥臂的地方控制器两两组合为一个地方控制器组Gi，i＝1,2,……N；这样，2N个地方控制器构成N个地方控制器组，具体如下，G1：地方控制器1、地方控制器N+1；G2：地方控制器2、地方控制器N+2；G3：地方控制器3、地方控制器N+3；……；GN：地方控制器N、地方控制器2N，2N个地方控制器向中央控制器回传所采集的本地子模块电容电压信息以实现相平均电容电压控制，其子模块电容电压信息的回传以如下分组轮循回传的方法予以实现：在每个回传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨顺风，刘顺，苏航，王海宇，黄景春，邸世民，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51