一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，该控制方法设置四层子模块电容电压均衡控制；子模块电容电压均衡控制的第一层为子模块全局电容电压平均值控制；子模块电容电压均衡控制的第二层为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；子模块电容电压均衡控制的第三层为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；子模块电容电压均衡控制的第四层为桥臂内子模块电容电压平衡控制；由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。本发明专利技术将子模块电容电压均衡控制和桥臂电流控制有机结合，实现子模块电容电压均衡以及桥臂电流各分量的统一控制，适用于稳态、交流和直流故障穿越等多种工况。多种工况。多种工况。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法


[0001]本专利技术属于模块化多电平换流器(MMC)
，更具体地，涉及一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法。

技术介绍

[0002]MMC采用模块化设计，其工程应用范围广阔，包括柔性直流输配电、中高压电力传动(中高压变频调速、电力机车牵引传动)、电能质量治理(UPFC、STATCOM)、电能路由器等领域。MMC需要大量子模块串联，使每个悬浮子模块电容电压平均值稳定在额定值，是MMC正常运行的前提。一般将影响MMC内外部动态特性的子模块电容电压分为三个层次，即相间电容电压、上下桥臂电容电压和桥臂内电容电压。子模块电容作为储能元件耦合了多种电流信息，交直流电网故障下这种耦合过程更为复杂，子模块电容电压不平衡问题凸显。因此，如何实现大量子模块电容电压均衡已成为MMC控制设计的关键问题之一。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法。
[0004]本专利技术第一方面提供了一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，该控制方法设置四层子模块电容电压均衡控制；
[0005]第一层子模块电容电压均衡控制为子模块全局电容电压平均值控制；
[0006]第二层子模块电容电压均衡控制为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；
[0007]第三层子模块电容电压均衡控制为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；
[0008]第四层子模块电容电压均衡控制为桥臂内子模块电容电压平衡控制；
[0009]由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。
[0010]基于上述，子模块全局电容电压平均值控制的设计步骤包括：
[0011]步骤1.1，采集MMC三相子模块电容值，将三相子模块电容电压求和并计算平均值经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC三相子模块总体电容电压平均值
[0012]步骤1.2，对MMC三相子模块总体电容电压平均值与指令参考值输入PI调节器进行PI控制，实现三相电容电压平均值跟踪指令参考值ΔI
all
；
[0013]步骤1.3，将PI调节器的输出分别乘以正序锁相环输出的j相相位的正弦量，得到通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号i
all_jref
，其中，j＝a、b、c。
[0014]基于上述，权重动态调节的相间电容电压平衡控制的设计步骤包括：
[0015]步骤2.1，将j相的子模块电容电压求和并计算平均值经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC的j相子模块相电容电压平均值
[0016]步骤2.2，对MMC的j相子模块相电容电压平均值与MMC三相子模块总体电容电压平均值进行PI控制，得到对应的j相的有功功率调节量
[0017]步骤2.3，定义动态权重系数W，0≤W≤1，将j相的有功功率调节量分配给直流环流产生的功率和负序电流产生的功率分别和
[0018]步骤2.4，将分配给直流环流产生的功率除以直流母线电压，得到j相直流环流的调节量i
leg_dcjref
；
[0019]步骤2.5，将分配给负序电流产生的功率变换到αβ坐标系，得ΔP
α
和ΔP
β
，并对α轴的量ΔP
α
取反，得ΔP
α
'和ΔP
β
'；
[0020]对αβ坐标系的功率(ΔP
α
'和ΔP
β
')和电网电压在dq坐标下的正序分量(和)进行如下运算：得到负序电流在dq坐标下参考值；
[0021]将dq坐标下的负序电流参考值变换到abc坐标系，得j相负序电流的调节量i
leg_nsjref
。
[0022]基于上述，考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制的设计步骤包括：
[0023]步骤3.1，将j相上、下桥臂的子模块电容电压求和并计算平均值，将上、下桥臂电容电压平均值进行作差得经过基频陷波器滤波后，获得MMC的j相上、下桥臂电容电压之差
[0024]步骤3.2，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与之差通过PI调节器得到调节量
△
I
arm_j
；
[0025]步骤3.3，引入前馈环节
[0026]步骤3.4，将前馈环节I
ff
加上调节量ΔI
arm_j
之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相上桥臂基频电流输出值i
arm_pj
；
[0027]步骤3.5，将前馈环节I
ff
减去调节量
△
I
arm_j
之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相下桥臂基频电流输出值i
arm_nj
；
[0028]步骤3.6，将j相上桥臂基频电流输出值i
arm_pj
求和并除以3，得到上桥臂基频电流的零序分量i
arm_pzero
；
[0029]将三相下桥臂基频电流输出值i
arm_nj
求和并除以3，得到下桥臂基频电流的零序分量i
arm_nzero
；
[0030]步骤3.7，将j相上桥臂基频电流输出值i
arm_pj
减去上桥臂基频电流的零序分量i
arm_pzero
，得到j相上桥臂基频电流参考值i
arm_pjref
；
[0031]将j相下桥臂基频电流输出值i
arm_nj
减去下桥臂基频电流的零序分量i
arm_nzero
，得到j相上桥臂基频电流参考值i
arm_njref
。
[0032]基于上述，桥臂内子模块电容电压平衡控制的设计步骤包括：
[0033]当MMC采用CPS
‑
SPWM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂电容电压平均值与
该桥臂内子模块电容电压U
Cp(n)ji
，i＝1,
…
,N，进行PI调节，得到对应的第i个子模块电压微调量ΔU
ind_p(n)ji
；
[0034]当MMC采用NLM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂内子模块电容电压U
Cp(n)ji
，i＝1,
…
,N，进行排序，结合NLM调制实现桥臂内子模块电容电压平衡。
[0035]基于上述，由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值为：
[0036][0037]本专利技术第二方面提供了一种模块化多电平换流器，每相包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂的每个桥臂由N个半桥模块或全桥模块及桥臂电感组成，对该模块化多电平换流器进行子模块电容电压均衡控制时，采用所述的MMC四层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于：该控制方法设置四层子模块电容电压均衡控制；第一层子模块电容电压均衡控制为子模块全局电容电压平均值控制；第二层子模块电容电压均衡控制为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；第三层子模块电容电压均衡控制为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；第四层子模块电容电压均衡控制为桥臂内子模块电容电压平衡控制；由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。2.根据权利要求1所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，子模块全局电容电压平均值控制的设计步骤包括：步骤1.1，采集MMC三相子模块电容值，将三相子模块电容电压求和并计算平均值经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC三相子模块总体电容电压平均值步骤1.2，对MMC三相子模块总体电容电压平均值与指令参考值输入PI调节器进行PI控制，实现三相电容电压平均值跟踪指令参考值ΔI
all
；步骤1.3，将PI调节器的输出分别乘以正序锁相环输出的j相相位的正弦量，得到通过子模块全局电容电压平均值控制产生的j相电流指令信号i
all_jref
，其中，j＝a、b、c。3.根据权利要求2所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，权重动态调节的相间电容电压平衡控制的设计步骤包括：步骤2.1，将j相的子模块电容电压求和并计算平均值经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC的j相子模块相电容电压平均值步骤2.2，对MMC的j相子模块相电容电压平均值与MMC三相子模块总体电容电压平均值进行PI控制，得到对应的j相的有功功率调节量步骤2.3，定义动态权重系数W，0≤W≤1，将j相的有功功率调节量分配给直流环流产生的功率和负序电流产生的功率分别为和步骤2.4，将分配给直流环流产生的功率除以直流母线电压，得到j相直流环流的调节量i
leg_dcjref
；步骤2.5，将分配给负序电流产生的功率变换到αβ坐标系，得ΔP
α
和ΔP
β
，并对α轴的量ΔP
α
取反，得ΔP
α
'和ΔP
β
'；对αβ坐标系的功率(ΔP
α
'和ΔP
β
')和电网电压在dq坐标下的正序分量(和)进行如下运算：得到负序电流在dq坐标下参考值；将dq坐标下的负序电流参考值变换到abc坐标系，得j相负序电流的调节量i
leg_nsjref
。4.根据权利要求3所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制的设计步骤包括：步骤3.1，将j相上、下桥臂的子模块电容电压分别求和并计算平均值，将上、下桥臂电
容电压平均值进行作差得经过基频陷波器滤波后，获得MMC的j相上、下桥臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖锦木，王要强，刘文君，张亨泰，王克文，梁军，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：