一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及电气控制技术领域，特别是涉及一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法。本发明专利技术包括电压/功率和电流控制模块、二倍频环流控制模块及四倍频环流控制模块；所述电压/功率和电流控制模块，用于生成三相调制电压参考值e

【技术实现步骤摘要】
一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及电气控制
，特别是涉及一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)，如图1所示，具有结构模块化、低谐波和低开关频率的特点，已成为最具吸引力的大功率高压变换器拓扑之一。基于MMC的高压直流输电系统(MMC based high voltage DC transmission,MMC
‑
HVDC)是大规模新能源友好并网和可靠送出的有效解决方案，其发展方兴未艾。
[0003]MMC换流站并网系统，如图2所示，其稳态运行范围主要受以下几个因数限制：桥臂电流峰值、子模块电容电压纹波、调制比和桥臂电压输出能力等。其中，桥臂电流峰值限制了IGBT等功率器件在其安全工作区(Safe Operating Area,SOA)内安全可靠运行的峰值电流，超过此电流阈值会增加IGBT模块因过流而发生故障的可能性。通过控制的方式降低流过功率器件的最大电流值，使得换流站在不减小电流裕量或者不超过最大集电极电流的情况下具有更高的功率处理能力，是一种更具经济性的做法。
[0004]MMC的相单元中存在环流是其固有特性，二次和四次谐波分量是环流的主要成分。现有研究可以通过控制MMC的二倍频环流、四倍频环流来降低桥臂电流的峰值，但是需要额外增加子模块电容的容值来降低子模块电容电压的纹波。因此，需要研究MMC的二倍频、四倍频环流的控制，实现在不增加子模块电容值的情况下降低MMC的桥臂电流峰值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决上述问题，提出了一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统及方法，通过控制MMC的二倍频、四倍频环流，实现在不增加子模块电容值的情况下降低MMC的桥臂电流峰值。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统，包括电压/功率和电流控制模块、二倍频环流控制模块及四倍频环流控制模块；所述电压/功率和电流控制模块，用于生成三相调制电压参考值e
aref
、e
bref
、e
cref
；所述二倍频环流控制模块，用于生成三相的二倍频环流调制电压参考值e
ciraref2
、e
cirbref2
、e
circref2
；所述四倍频环流控制模块，用于生成三相的四倍频环流调制电压参考值e
ciraref4
、e
cirbref4
、e
circref4
；所述三相调制电压参考值e
aref
、e
bref
、e
cref
，分别叠加二倍频环流调制电压参考值e
ciraref2
、e
cirbref2
、e
circref2
以及四倍频环流调制电压参考值e
ciraref4
、e
cirbref4
、e
circref4
后，经过桥臂电压合成和底层调制模块生成MMC各个桥臂子模块的脉冲信号。
[0008]一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统的控制方法，所述电压/功率和电流控制模块采用如下控制方法：
[0009]直流电压参考值U
dcref
与直流电压反馈值U
dc
相减后的差为ΔU，MMC输出有功功率
参考值P
ref
与MMC输出有功功率反馈值P相减后的差为ΔP，ΔU或ΔP进入一个PI调节器后的输出为并网电流d轴分量的参考值i
sdref
，MMC输出无功功率参考值Q
ref
与MMC输出无功功率反馈值Q相减后的差为ΔQ，ΔQ进入一个PI调节器后的输出为并网电流q轴分量的参考值i
sqref
；并网电流d轴分量的反馈值i
sd
乘同步角频率ω及桥臂电感L后为u
1cd
，并网电流q轴分量的反馈值i
sq
乘同步角频率ω及桥臂电感L后为u
1cq
，i
sdref
与i
sd
之差进入一个PI调节器，PI调节器的输出叠加并网点电压d轴分量u
sd
再减去u
1cd
后为调制电压d轴分量的参考值e
dref
；i
sqref
与i
sq
之差进入一个PI调节器，PI调节器的输出叠加并网点电压q轴分量u
sq
再叠加u
1cq
后为调制电压q轴分量的参考值e
qref
；调制电压d轴分量的参考值e
dref
、调制电压q轴分量的参考值e
qref
进入两相旋转坐标系至三相静止坐标系的旋转变换环节，生成三相调制电压参考值e
aref
、e
bref
、e
cref
，用于旋转变换的相位为锁相环观测的MMC并网点的相位θ
p
；
[0010]所述二倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的二倍频环流i
cira2
、i
cirb2
、i
circ2
进入三相静止坐标系至两相旋转坐标系的旋转变换环节，生成两相旋转坐标系下的二倍频环流i
cird2
、i
cirq2
，用于旋转变换的相位为
‑
2θ
p
；i
cird2
乘2ωL后为u
2cd
，i
cirq2
乘2ωL后为u
2cq
；二倍频环流d轴分量的参考值i
cirdref2
与i
cird2
之差进入PI调节器，PI调节器的输出叠加u
2cq
后为e
cirdref2
；二倍频环流q轴分量的参考值i
cirqref2
与i
cirq2
之差进入PI调节器，PI调节器的输出减去u
2cd
后为e
cirqref2
；e
cirdref2
、e
cirqref2
进入两相旋转坐标系至三相静止坐标系的旋转变换环节，生成三相的二倍频环流调制电压参考值e
ciraref2
、e
cirbref2
、e
circref2
，用于旋转变换的相位为
‑
2θ
p
；
[0011]所述四倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的四倍频环流i
cira4
、i
cirb4
、i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统，其特征在于，包括电压/功率和电流控制模块、二倍频环流控制模块及四倍频环流控制模块；所述电压/功率和电流控制模块，用于生成三相调制电压参考值e
aref
、e
bref
、e
cref
；所述二倍频环流控制模块，用于生成三相的二倍频环流调制电压参考值e
ciraref2
、e
cirbref2
、e
circref2
；所述四倍频环流控制模块，用于生成三相的四倍频环流调制电压参考值e
ciraref4
、e
cirbref4
、e
circref4
；所述三相调制电压参考值e
aref
、e
bref
、e
cref
，分别叠加二倍频环流调制电压参考值e
ciraref2
、e
cirbref2
、e
circref2
以及四倍频环流调制电压参考值e
ciraref4
、e
cirbref4
、e
circref4
后，经过桥臂电压合成和底层调制模块生成MMC各个桥臂子模块的脉冲信号。2.基于权利要求1所述的一种降低MMC桥臂电流峰值的控制系统的控制方法，其特征在于，所述电压/功率和电流控制模块采用如下控制方法：直流电压参考值U
dcref
与直流电压反馈值U
dc
相减后的差为ΔU，MMC输出有功功率参考值P
ref
与MMC输出有功功率反馈值P相减后的差为ΔP，ΔU或ΔP进入一个PI调节器后的输出为并网电流d轴分量的参考值i
sdref
，MMC输出无功功率参考值Q
ref
与MMC输出无功功率反馈值Q相减后的差为ΔQ，ΔQ进入一个PI调节器后的输出为并网电流q轴分量的参考值i
sqref
；并网电流d轴分量的反馈值i
sd
乘同步角频率ω及桥臂电感L后为u
1cd
，并网电流q轴分量的反馈值i
sq
乘同步角频率ω及桥臂电感L后为u
1cq
，i
sdref
与i
sd
之差进入一个PI调节器，PI调节器的输出叠加并网点电压d轴分量u
sd
再减去u
1cd
后为调制电压d轴分量的参考值e
dref
；i
sqref
与i
sq
之差进入一个PI调节器，PI调节器的输出叠加并网点电压q轴分量u
sq
再叠加u
1cq
后为调制电压q轴分量的参考值e
qref
；调制电压d轴分量的参考值e
dref
、调制电压q轴分量的参考值e
qref
进入两相旋转坐标系至三相静止坐标系的旋转变换环节，生成三相调制电压参考值e
aref
、e
bref
、e
cref
，用于旋转变换的相位为锁相环观测的MMC并网点的相位θ
p
；所述二倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的二倍频环流i
cira2
、i
cirb2
、i
circ2
进入三相静止坐标系至两相旋转坐标系的旋转变换环节，生成两相旋转坐标系下的二倍频环流i
cird2
、i
cirq2
，用于旋转变换的相位为
‑
2θ
p
；i
cird2
乘2ωL后为u
2cd
，i
cirq2
乘2ωL后为u
2cq
；二倍频环流d轴分量的参考值i
cirdref2
与i
cird2
之差进入PI调节器，PI调节器的输出叠加u
2cq
后为e
cirdref2
；二倍频环流q轴分量的参考值i
cirqref2
与i
cirq2
之差进入PI调节器，PI调节器的输出减去u
2cd
后为e
cirqref2
；e
cirdref2
、e
cirqref2
进入两相旋转坐标系至三相静止坐标系的旋转变换环节，生成三相的二倍频环流调制电压参考值e
ciraref2
、e
cirbref2
、e
circref2
，用于旋转变换的相位为
‑
2θ
p
；所述四倍频环流控制模块采用如下控制方法：三相的四倍频环流i
cira4
、i
cirb4
、i
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进入三相静止坐标系至两相旋转坐标系的旋转变换环节，生成两相旋转坐标系下的四倍频环流i...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑顺，史先强，张雷，薛晓岑，黄杰杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：