一种适用于MMC半桥串联结构微电网的并网电流控制方法技术

一种适用于MMC半桥串联结构微电网的并网电流控制方法，所述MMC‑MG并网系统包括6N个发电模块GM、MMC三相逆变环节、电网、交流负载，所述电流控制方法包括以下步骤：由MMC‑MG等效电路模型，建立系统的状态方程；根据所建立的状态方程，得到欧拉‑拉格朗日(Euler‑Lagrange,EL)模型；选取误差能量函数、设置阻尼项，依据得到的无源控制律结合经典比例积分控制器，实现MMC半桥串联结构微电网(MMC‑MG)的并网电流控制。本发明专利技术具有结构简单、动态性能好、输出电流谐波含量低、稳定性较好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于MMC半桥串联结构微电网的并网电流控制方法
本专利技术涉及微电网控制
，尤其是涉及一种MMC半桥串联结构微电网(ModularMultilevelConverterMicroGrid，MMC-MG)的并网电流控制方法。
技术介绍
近年来，随着微电网技术的快速发展，传统H桥逆变器由于器件耐压性能、控制性能不再满足发电单元的灵活控制、谐波污染小等的需求，模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter，MMC)在新型微电网系统结构中得到推广与应用。MMC具有多电平输出电压、子模块易扩展、开关频率低等特点，结合以上优点，将风力、光伏、微型燃汽轮机等微源通过变换器接入MMC中子模块的直流侧，构建了一种基于MMC半桥串联结构的微电网(MMC-MG)。该系统具有微源控制灵活、输出功率等级高、冗余性好、相间功率易调度等优点。目前，对MMC-MG的研究主要针对其在孤岛运行模式下系统输出特性分析、输出电压稳定控制、功率协调控制，但未涉及并网相关控制策略。微电网并网控制的关键是输出功率与电流均应能快速、实时地跟踪其参考值。输出电流应为高质量的正弦波，且与电网电压同相、同频；谐波含量要低，以减少对电网的影响。在MMC-MG并网系统中，风、光等随机性微源受环境的影响其输出功率具有时变性，而且由于该系统的非线性特性和复杂性。若采用传统的诸如滞环控制、比例积分控制、比例谐振控制等电流控制方法，会致其控制参数确定困难、动态性能差等问题，控制效果不明显。为提高系统的静、动态特性，同时获得更好地谐波特性和稳定性，本专利技术将非线性无源控制理论应用于MMC-MG的并网电流控制中。无源控制是从能量的角度出发，采用阻尼注入或能量函数的方式得到无源控制律，然后设计控制器，实现期望轨迹的零误差。较其他的控制方法，具有结构简单、易于实现的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对以上问题提供一种适用于MMC半桥串联结构微电网(ModularMultilevelConverterMicroGrid，MMC-MG)并网电流控制方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种适用于MMC半桥串联结构微电网的并网电流控制方法，所述MMC-MG并网系统中每相均以2N个发电模块(GenerationModule,GM)为基本单元，采用MMC拓扑结构形式组成三相逆变环节，然后经过滤波器、静态开关等连接至外电网，所述电流控制方法包括以下步骤：(A)根据MMC-MG并网系统的等效电路模型，建立系统的状态方程；在三相平衡电网电压情况下，通过电压、电流定律得到系统的状态方程：式中：i1x(x＝a,b,c)表示三相输出电流；Ls、Rs为滤波电感和线路等效电阻；L、R为桥臂电感和等效电阻；uxp、uxn分别表示上、下桥臂中N个GM输出电压之和；esx表示三相电网电压；(B)根据步骤A建立的状态方程，得到欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型；令系统等效输出电压uxo＝(uxn-uxp)/2(x＝a,b,c)；根据公式一的状态方程，通过Park变换后可得到dq旋转坐标系下的数学模型：式中：ω＝θ/t表示基波角频率；i1d、i1q表示输出电流的dq轴分量；usd、usq分别为系统等效输出电压的dq轴分量；esd、esq为电网电压的dq轴分量；选取状态变量X＝(x1x2)T＝(i1di1q)T，将公式二改写成动态矩阵方程的形式，即可得到MMC-MG并网系统的EL模型：式中：J0＝[0-ωLo；ωLo0]T，反映系统内部的互联结构；M0＝diag([LoLo])为正定的对角矩阵；R0＝[Ro0；0Ro]T，反映系统内部的耗散特性；U0＝[usdo-esd；usqo-esq]T，表征MMC-MG系统内部与电网之间能量交换的矩阵。(C)选取误差能量函数、设置阻尼项，依据无源控制律，结合经典比例积分控制器，得到MMC-MG的并网电流控制；针对公式三所示的MMC-MG并网系统，设其存储能量函数为状态变量X的期望平衡点X*为：公式三所示的动态矩阵方程也可以写成如下形式：式中：Xe表示状态变量X的误差，即：结合公式六，误差能量函数He的导数为为使系统状态变量快速恢复至期望的平衡点，须误差能量函数He快速收敛至零；因此，需设置阻尼项使能量快速耗散。设增加的阻尼耗散项为R1Xe，则系统内部耗散项变为R1Xe+R0Xe＝R2Xe(公式八)由公式六与公式八即可得到下式：欲使稳态误差Xe＝0，令由于X*为常值，即则无源控制律为因此，在公式十所示的无源控制律与比例积分控制器相结合，则可得到该系统的并网电流控制器：式中，Rop＝Ro/2；Rd1＝R11/2；Rq1＝R12/2；Kp1、Kp1为比例系数；Ki1、Ki2为积分系数。本专利技术具有以下技术效果：本专利技术提供了适用于该并网系统的电流控制方法，实现系统运行于不同工况时其输出功率、输出电流的有效跟踪，结构简单，满足全局稳定性；系统进行单位功率因数运行；采用该电流控制方法时，其输出电流的谐波含量比经典比例积分控制时低，对电网的影响较小；该电流控制方法有效解决了使用传统控制方法时参数确定困难、动态性能差的问题；同时提高了系统的稳定性。附图说明图1是MMC半桥串联结构微电网(MMC-MG)并网拓扑；图2是MMC-MG并网拓扑结构简化等效电路；图3设置不同阻尼值时幅频、相频特性曲线；图4是MMC-MG并网电流控制方法整体结构框图；图5是系统稳定运行后输出电压、电流及功率因数曲线；图6是输出功率参考值突变时其输出电流的变化波形图及系统频率示意图；图7是交流负载突变时微电网输出功率、传输至电网侧功率、负载消耗功率波形图；图8是交流负载突变时系统输出电流I1x、网侧电流Iex、负载电流ILx波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术所涉及电流控制方法进行详细说明。本实施例中对本专利技术技术方案给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。MMC半桥串联结构微电网(MMC-MG)并网拓扑结构如图1所示，每相均有2N个发电模块(GenerationModule,GM)；为抑制环流，每相上、下桥臂均串联电感L；GM由风力(光伏)微源、AC/DC可控整流电路(DC/DC直流变换电路)、储能装置ES、半桥变流器(Half-bridgeConverter，HC)组成。在正常的运行中，GM有投入和切除两种状态，GM处于投入状态(HC中，S1＝1(开通)，S2＝0(关断))时，其输出端电压umi＝Uci；GM处于切除状态(HC中，S1＝0(关断)，S2＝1(开通))时，其输出端电压umi＝0。因此，可以用开关函数K表示GM的投切状态，则在一个工作周期内：所述MMC-MG中每个桥臂由N个GM和一个电感L串联而成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于MMC半桥串联结构微电网的并网电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(A)根据MMC-MG并网系统的等效电路模型，建立系统的状态方程；/n在三相平衡电网电压情况下，通过电压、电流定律得到系统的状态方程：/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于MMC半桥串联结构微电网的并网电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)根据MMC-MG并网系统的等效电路模型，建立系统的状态方程；
在三相平衡电网电压情况下，通过电压、电流定律得到系统的状态方程：



式中：i1x(x＝a,b,c)表示三相输出电流；Ls、Rs为滤波电感和线路等效电阻；L、R为桥臂电感和等效电阻；uxp、uxn分别表示上、下桥臂中N个GM输出电压之和；esx表示三相电网电压；
(B)根据步骤A建立的状态方程，得到欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型；
令系统等效输出电压uxo＝(uxn-uxp)/2；根据公式二的状态方程，通过Park变换后可得到dq旋转坐标系下的数学模型：



式中：ω＝θ/t表示基波角频率；i1d、i1q表示输出电流的dq轴分量；usd、usq表示系统等效输出电压的dq轴分量；esd、esq为电网电压的dq轴分量；
选取状态变量X＝(x1x2)T＝(i1di1q)T，将公式二改写成动态矩阵方程的形式，即可得到MMC-MG并网系统的EL模型：



式中：J0＝[0-ωLo；ωLo0]T，反映系统内部的互联结构；M0＝diag([LoLo])为正定的对角矩阵；R0＝[Ro0；0R...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴贵，王海亮，薛晟，李晓英，郭群，杨维满，郭永吉，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62