一种模块化多电平变换器电流控制方法及相关组件技术

本发明专利技术公开了一种模块化多电平变换器电流控制方法及相关组件，涉及电力电子技术控制领域。基于模块化多电平变换器模块输出电流和环流的离散化状态方程，以及第j相相单元的当前输出电流和当前环流生成输出电流预测值以及环流预测值，从而确定上桥臂电压参考值以及下桥臂电压参考值，再基于上桥臂导通子模块数量和下桥臂导通子模块数量在下一时刻对模块化多电平变换器中的第j相相单元中的各个子模块进行控制，使输出电流预测值为输出电流参考值，以及使环流预测值为环流参考值，以使模块化多电平变换器在进行功率传输。本申请中将环流和输出电流解耦控制，无需进行权重因子等参数的整定，且计算量较小，便于实时并精确地控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平变换器电流控制方法及相关组件


[0001]本专利技术涉及电力电子技术控制领域，特别是涉及一种模块化多电平变换器电流控制方法及相关组件。

技术介绍

[0002]模块化多电平变换器(Modular multilevel converter，MMC)是一种具有开关频率低、可扩展性强、波形质量高以及输出电平多等优点的变换器，被广泛应用于中压高压功率传输领域，如柔性直流输电系统(VSC
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HVDC)、柔性多态开关(FMSS)以及统一潮流控制器(UPFC)等。目前MMC主要由子模块(sub
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module，SM)构成，具体地，MMC包括三个相单元，每个相单元包括上桥臂单元和下桥臂单元，而每个桥臂单元包含n个子模块，上桥臂单元和下桥臂单元之间通过桥臂电感以及桥臂等效损耗电阻连接。为了提高系统稳定性，需要对MMC的输出功率、输出电流，以及其内部环流进行控制。因此，现有技术通常采用基于功率外环和电流内环的双闭环控制策略对MMC进行控制。
[0003]而传统的双闭环控制策略存在参数整定复杂、控制不精确以及动态响应慢等问题，具体地，由于对各个参数之间相互影响，双闭环控制策略的控制效果依赖于权重因子的整定，导致权重因子的整定过程较为复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种模块化多电平变换器电流控制方法及相关组件，将环流和输出电流解耦控制，无需进行权重因子等参数的整定，且计算量较小，便于实时并精确地控制。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种模块化多电平变换器电流控制方法，包括：
[0006]基于模块化多电平变换器模块建立输出电流和环流的离散化状态方程；
[0007]基于所述模块化多电平变换器第j相相单元的当前输出电流和当前环流、所述离散化状态方程生成的输出电流预测值以及环流预测值，利用预设目标函数确定在下一时刻第j相所述相单元中使所述输出电流预测值为输出电流参考值，以及使所述环流预测值为所述环流参考值的上桥臂电压参考值以及下桥臂电压参考值；j＝a,b或c；
[0008]根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂导通子模块数量；
[0009]根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂导通子模块数量；
[0010]基于所述上桥臂导通子模块数量和所述下桥臂导通子模块数量在所述下一时刻对所述模块化多电平变换器中的第j相所述相单元中的各个子模块进行控制，以使所述模块化多电平变换器在进行功率传输。
[0011]优选地，基于模块化多电平变换器模块建立输出电流和环流的离散化状态方程之
前，还包括：
[0012]基于第j相所述相单元中的所述上桥臂电压以及所述上桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值确定上桥臂电压预测误差，并基于第j相所述相单元中的所述下桥臂电压以及所述下桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值确定下桥臂电压预测误差；
[0013]基于模块化多电平变换器模块建立输出电流和环流的离散化状态方程，包括：
[0014]基于模块化多电平变换器模块，以及各相所述相单元中的上桥臂电压预测误差以及下桥臂电压预测误差建立输出电流和环流的离散化状态方程。
[0015]优选地，根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂导通子模块数量，包括：
[0016]根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量，所述上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量之和为所述上桥臂导通子模块数量。
[0017]优选地，根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量，所述上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量之和为所述上桥臂导通子模块数量，包括：
[0018]根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值除以所述上桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值所得第一结果，确定使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量，所述上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量之和为所述上桥臂导通子模块数量。
[0019]优选地，根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂导通子模块数量，包括：
[0020]根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量，所述下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量之和为所述下桥臂导通子模块数量。
[0021]优选地，根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量，所述下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量之和为所述下桥臂导通子模块数量，包括：
[0022]根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值除以所述下桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值所得第二结果，确定使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量，所述下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量之和为所述下桥臂导通子模块数量。
[0023]优选地，基于所述上桥臂导通子模块数量和所述下桥臂导通子模块数量在所述下一时刻对所述模块化多电平变换器中的第j相所述相单元中的各个子模块进行控制，以使所述模块化多电平变换器在进行功率传输，包括：
[0024]基于所述第一结果确定第j相所述相单元中上桥臂单元的上桥臂补偿电压，并基
于所述上桥臂补偿电压和所述上桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值确定上桥臂补偿导通子模块的上桥臂导通占空比；
[0025]基于所述第二结果确定第j相所述相单元中下桥臂单元的下桥臂补偿电压，并基于所述下桥臂补偿电压和所述下桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值确定下桥臂补偿导通子模块的下桥臂导通占空比；
[0026]控制第j相所述相单元的上桥臂单元中所述上桥臂完全导通子模块数量个子模块完全导通，并控制所述上桥臂补偿导通子模块数量个上桥臂补偿导通子模块所述上桥臂导通占空比导通；
[0027]控制第j相所述相单元的下桥臂单元中所述下桥臂完全导通子模块数量个子模块完全导通，并控制所述下桥臂补偿导通子模块数量个下桥臂补偿导通子模块以所述下桥臂导通占空比导通，以使所述模块化多电平变换器在进行功率传输。
[0028]优选地，还包括：
[0029]基于所述输出电流参考值和输出电流最大限值确定所述模块化多电平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平变换器电流控制方法，其特征在于，包括：基于模块化多电平变换器模块建立输出电流和环流的离散化状态方程；基于所述模块化多电平变换器第j相相单元的当前输出电流和当前环流、所述离散化状态方程生成的输出电流预测值以及环流预测值，利用预设目标函数确定在下一时刻第j相所述相单元中使所述输出电流预测值为输出电流参考值，以及使所述环流预测值为环流参考值的上桥臂电压参考值以及下桥臂电压参考值；j＝a,b或c；根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂导通子模块数量；根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂导通子模块数量；基于所述上桥臂导通子模块数量和所述下桥臂导通子模块数量在所述下一时刻对所述模块化多电平变换器中的第j相所述相单元中的各个子模块进行控制，以使所述模块化多电平变换器在进行功率传输。2.如权利要求1所述的模块化多电平变换器电流控制方法，其特征在于，基于模块化多电平变换器模块建立输出电流和环流的离散化状态方程之前，还包括：基于第j相所述相单元中的所述上桥臂电压以及所述上桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值确定上桥臂电压预测误差，并基于第j相所述相单元中的所述下桥臂电压以及所述下桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值确定下桥臂电压预测误差；基于模块化多电平变换器模块建立输出电流和环流的离散化状态方程，包括：基于模块化多电平变换器模块，以及各相所述相单元中的上桥臂电压预测误差以及下桥臂电压预测误差建立输出电流和环流的离散化状态方程。3.如权利要求1所述的模块化多电平变换器电流控制方法，其特征在于，根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂导通子模块数量，包括：根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量，所述上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量之和为所述上桥臂导通子模块数量。4.如权利要求3所述的模块化多电平变换器电流控制方法，其特征在于，根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值计算上桥臂单元中，使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量，所述上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量之和为所述上桥臂导通子模块数量，包括：根据第j相相单元的所述上桥臂电压参考值除以所述上桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值所得第一结果，确定使上桥臂电压为所述上桥臂电压参考值的上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量，所述上桥臂完全导通子模块数量和上桥臂补偿导通子模块数量之和为所述上桥臂导通子模块数量。5.如权利要求4所述的模块化多电平变换器电流控制方法，其特征在于，根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂导通子模块数量，包括：根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述
下桥臂电压参考值的下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量，所述下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量之和为所述下桥臂导通子模块数量。6.如权利要求5所述的模块化多电平变换器电流控制方法，其特征在于，根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值计算下桥臂单元中，使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量，所述下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量之和为所述下桥臂导通子模块数量，包括：根据第j相相单元的所述下桥臂电压参考值除以所述下桥臂单元中各个所述子模块的电容电压平均值所得第二结果，确定使下桥臂电压为所述下桥臂电压参考值的下桥臂完全导通子模块数量和下桥臂补偿导通子模块数量，所述下桥臂完全导通子...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文忠，宫大龙，李伟，刘强，李维国，刘涛，张路，孟繁丞，周露露，刘星宇，李冰，韩嘉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：