基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法。这种方法以交流电网电压作为调节系数，在电网故障发生时将MMC输出电流参考指令从直流母线电压与无功功率控制器的输出平滑地切换到补偿电流计算模块的输出，从而能够在电网故障时利用MMC自身剩余的功率送出能力对故障交流电网进行无功补偿。这种方法解决了传统控制策略中MMC电流参考值在电网故障时被固定在限幅值，导致MMC无法为电网提供无功功率支撑的问题，充分地发挥了MMC控制的灵活性，对故障电网的恢复具有积极作用，具有较强的工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术在大规模可再生能源的汇集和输送过程中有十分良好的应用前景，取得了广泛的关注。电网故障下柔性直流输电系统的故障穿越策略作为系统安全可靠运行的重要保障措施，一直以来都得到了广泛关注。已有的针对MMC换流站故障穿越策略的研究主要考虑在电网发生故障时抑制MMC输出电流中的负序电流成分，这种方法仅考虑了故障电网下MMC自身的控制性能，却没有考虑如何利用MMC的高可控性辅助故障电网进行恢复。事实上，对于MMC来说，当交流电网发生故障时，故障相电压会迅速跌落，MMC的直流母线电压与无功功率控制器的输出会迅速达到其限幅值，MMC失去了对直流母线电压的控制作用，采用外环控制器的输出限幅值作为电流参考值已经失去意义。此时，如果MMC能够利用其在电网故障期间剩余的功率送出能力对故障交流电网进行无功补偿，将有利于故障交流电网的恢复，因此，研究MMC如何在保障自身安全的前提下，对故障电网进行无功功率支撑，对于MMC故障穿越控制策略的研究具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法，以交流电网电压作为调节系数，在故障发生时将MMC输出电流参考指令从直流母线电压与无功功率控制器的输出平滑地切换到补偿电流计算模块的输出，能够在电网故障时利用MMC自身剩余的功率送出能力对故障电网进行无功补偿，克服上述现有技术在电网故障期间没有考虑如何利用MMC对电网进行无功支撑的不足。为了实现上述专利技术目的，本方法采取如下技术方案：一种基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法，包括：采样模块、锁相环模块、坐标变换模块、功率计算模块，直流母线电压与无功功率控制器、补偿电流计算模块、参考电流计算模块、正序电流控制器、负序电流控制器、参考差模电压计算模块、内部环流控制器、桥臂电压计算模块、调制模块。所述采样模块中，包括：电压采样模块，对交流电网三相电压Usabc和直流母线电压Udc进行采样；电流采样模块，对交流电网三相电流Isabc，换流变压器阀侧三相电流Ivabc，MMC上、下桥臂电流Ipabc和Inabc进行采样。所述锁相环模块，根据三相电压Usabc得到交流电网电压相位θs；所述坐标变换模块中，包括：Park变换模块，对交流电网三相电压Usabc和阀侧三相电流Ivabc进行Park变换，得到同步旋转d-q坐标系下对应的电压矢量Usdq和电流矢量Ivdq，Park变换采用的角度为交流电网电压相位θs；Park反变换模块，对参考差模电压Udifrefdq进行Park反变换，得到静止三相坐标系中的参考差模电压Udifrefabc，Park反变换采用的角度为交流电网电压相位θs。所述功率计算模块，根据交流电网三相电压Usabc和三相电流Isabc，计算得到系统的有功功率Ps和无功功率Qs。所述直流母线电压和无功功率控制器，采用PI控制器对直流母线电压Udc及无功功率Qs进行控制，使其分别跟随给定的参考值Udcref及Qsref，两个PI控制器的输出经过限幅模块后分别作为d、q轴电流输出指令Ivdqref1。所述补偿电流计算模块，计算电网发生故障期间MMC的补偿电流输出指令Ivdqref2，从而在故障期间对电网进行无功功率支撑。所述参考电流计算模块，以交流电网电压的d轴分量Usd作为调节系数，根据电流输出指令Ivdqref1和Ivdqref2计算输出正序电流参考值。所述正序电流控制器，对d、q轴电流Ivdq的直流分量采用PI控制器进行控制，使其跟随正序电流参考值，控制器的输出作为送端MMC参考差模电压的直流分量Udifrefdq1。所述负序电流控制器，对d、q轴电流Ivdq的二倍频脉动分量采用二阶广义积分器进行控制，控制器参考值给定为0，以实现对负序电流的抑制，控制器的输出作为参考差模电压的二倍频脉动分量Udifrefdq2。所述参考差模电压计算模块，将参考差模电压的直流分量Udifrefdq1与二倍频脉动分量Udifrefdq2相加，得到最终的参考差模电压Udifrefdq。所述内部环流控制器，根据MMC上、下桥臂电流Ipabc和Inabc计算得到内部环流Icabc，在静止坐标系下对内部环流Icabc采用二阶广义积分器进行控制，控制器参考值给定为0，以实现对负序电流的抑制，控制器的输出作为参考共模电压Ucomrefabc。所述桥臂电压计算模块，利用参考差模电压Udifrefabc和参考共模电压Ucomrefabc，经过计算得到送端MMC上、下桥臂的参考电压Uprefabc与Unrefabc。所述调制模块，根据MMC上、下桥臂的参考电压Uprefabc与Unrefabc，利用最近电平逼近法进行调制，实现对送端MMC的控制。进一步地：在补偿电流计算模块中，给定电网发生故障期间MMC的电流输出指令Ivdqref2，从而在故障期间对电网进行无功功率支撑，其中，有功电流分量根据系统要求给定，一般情况下在电网故障期间可以给定为0，无功电流分量根据MMC容量限制进行设计，在保证不发生过流的前提下，将MMC的全部可用容量用于向电网提供无功支撑，即：其中：Ivdref2,Ivqref2对应为补偿电流矢量Ivdqref2的d轴，q轴分量，Imax为MMC输出电流限幅值。进一步地：在参考电流计算模块中，根据以下方法计算输出电流参考值：其中，Usd为交流电网电压的d轴分量，当正常运行时，Usd为1(标幺值)，系统按照电压外环控制器给定的电流参考值运行，当故障发生时，Usd显著减小，系统按照补偿电流计算模块的电流参考值运行，对交流电网提供无功支撑；为防止系统由于振荡而失稳，对参数U4sd进行0到1之间的限幅。本专利技术的有益效果是：由于采用本专利技术的技术方案，以交流电网电压作为调节系数，在故障发生时将MMC输出电流参考指令从直流母线电压和无功功率控制器的输出平滑地切换到补偿电流计算模块的输出，在电网故障时能够利用MMC自身剩余的功率送出能力对故障交流电网进行无功补偿。与已有方法相比，本方法解决了传统控制策略中MMC电流参考值在电网故障时被固定在限幅值，导致MMC无法为电网提供无功功率支撑的问题，充分地发挥了MMC控制的灵活性，对故障电网的恢复具有积极作用。附图说明图1为模块化多电平换流器(MMC)的一个具体示例结构图。其中，usa、usb、usc为交流电网电压；iva、ivb、ivc为换流变压器阀侧电流；upa、upb、upc为MMC上桥臂电压；una、unb、unc为MMC下桥臂电压；ipa、ipb、ipc为MMC上桥臂电流；ina、inb、inc为MMC下桥臂电流；Udc为直流母线电压，idc为直流母线电流，L0为桥臂电感，SM为MMC中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法，其特征在于，以交流电网电压作为调节系数，在交流电网故障发生时将MMC输出电流参考指令从直流母线电压与无功功率控制器的输出平滑地切换到补偿电流计算模块的输出，从而能够在交流电网故障时利用MMC自身剩余的功率送出能力对故障交流电网进行无功补偿；执行所述MMC故障穿越方法的系统包括：采样模块、锁相环模块、坐标变换模块、功率计算模块，直流母线电压控制器与无功功率控制器、补偿电流计算模块、参考电流计算模块、正序电流控制器、负序电流控制器、参考差模电压计算模块、内部环流控制器、桥臂电压计算模块、调制模块；/n所述采样模块中，包括：/n电压采样模块，对交流电网三相电压U

【技术特征摘要】
1.一种基于电流指令平滑切换的MMC故障穿越方法，其特征在于，以交流电网电压作为调节系数，在交流电网故障发生时将MMC输出电流参考指令从直流母线电压与无功功率控制器的输出平滑地切换到补偿电流计算模块的输出，从而能够在交流电网故障时利用MMC自身剩余的功率送出能力对故障交流电网进行无功补偿；执行所述MMC故障穿越方法的系统包括：采样模块、锁相环模块、坐标变换模块、功率计算模块，直流母线电压控制器与无功功率控制器、补偿电流计算模块、参考电流计算模块、正序电流控制器、负序电流控制器、参考差模电压计算模块、内部环流控制器、桥臂电压计算模块、调制模块；
所述采样模块中，包括：
电压采样模块，对交流电网三相电压Usabc和直流母线电压Udc进行采样；
电流采样模块，对交流电网三相电流Isabc、换流变压器阀侧三相电流Ivabc和MMC上、下桥臂电流Ipabc和Inabc进行采样；
所述锁相环模块，根据三相电压Usabc得到交流电网电压相位θs；
所述坐标变换模块中，包括：
Park变换模块，对交流电网三相电压Usabc和阀侧三相电流Ivabc进行Park变换，得到同步旋转d-q坐标系下对应的电压矢量Usdq和电流矢量Ivdq，Park变换采用的角度为交流电网电压相位θs；
Park反变换模块，对参考差模电压Udifrefdq进行Park反变换，得到静止三相坐标系中的参考差模电压Udifrefabc，Park反变换采用的角度为交流电网电压相位θs；
所述功率计算模块，根据交流电网三相电压Usabc和三相电流Isabc，计算得到系统的有功功率Ps和无功功率Qs；
所述直流母线电压控制器和无功功率控制器采用PI控制器，对直流母线电压Udc及无功功率Qs进行控制，使其分别跟随给定的参考值Udcref及Qsref，两个PI控制器的输出经过限幅模块后分别作为d、q轴电流输出指令Ivdqref1；
所述补偿电流计算模块，计算交流电网发生故障期间MMC的补偿电流输出指令Ivdqref2，从而在故障期间对交流电网进行无功功率支撑；
所述参考电流计算模块，以交流电网电压的d轴分量Usd作为调节系数，根据电流输出指令Ivdqref1和Ivdqref2计算正序电流参考值；
所述正序电流控制器，对d、q轴电流Ivdq的直流分量采用PI控制器进行控制，使其跟随正序电流参考值，控制器的输出作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄鹤，陈晴，周才全，施朝晖，李景一，徐志辉，高玉青，徐鸥洋，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33