MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质，该装置包括外环电压/功率控制模块、全局

【技术实现步骤摘要】
MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质


[0001]本专利技术属于电力电子能量变换器
，更具体地，涉及一种MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质。

技术介绍

[0002]随着电网分布直流电源、多类型直流负荷及储能系统的应用，可再生能源友好接入、电网高电能质量供电、线路输送容量扩容等电力需求日益增大。其中，电力电子能量变换器是实现100%可再生能源独立电网的多电压等级交直流柔性互联及多端口电能控制的核心装备，对大幅提升能源利用效率和柔性互联交直流电网具有重大意义。现阶段中高压大功率电力电子能量变换器的拓扑结构多采用模块化多电平形式（Modular Multilevel Converter, MMC）和级联H桥形式（Cascaded H
‑
Bridge, CHB）两种方案。由于MMC结构的电力电子能量变换器能够同时提供高压交流端口、高压直流端口，可柔性互联中高压交流电网（如10 kV交流电网）和中高压直流电网（如20 kV直流电网），因此，MMC型电力电子能量变换器更适合应用于未来高比例新能源交直流电网。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，包括如下步骤：根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流指令值，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流指令值根据所述直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值以及电流指令值得到；根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；根据所述上、下桥臂的子模块调制电压参考值产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断。2.如权利要求1所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，所述根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，具体包括：当电力电子能量变换器工作于外环定直流母线电压/定无功功率模式时，采集直流母线电压实际值V
dc
，将直流母线电压指令参考值V
dcref
与直流母线电压实际值V
dc
作差，并输入PI调节器进行PI控制，得到所述直流母线电流参考值I
dcref
；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Q
ref
与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值I
qref
；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：I
qref
=K1（0.9
‑ꢀ
V
sp
）I
sN
,0.2<V
sp
<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],V
sp
为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，I
sN
为电力电子能量变换器交流电流额定值；当电力电子能量变换器工作于外环定有功功率/无功功率模式时，将有功功率指令值P
ref
与有功功率实际值P作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值I
dcref
；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Q
ref
与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值I
qref
；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：I
qref
=K1（0.9
‑ꢀ
V
sp
）I
sN
,0.2<V
sp
<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],V
sp
为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，I
sN
为电力电子能量变换器交流电流额定值；当电力电子能量变换器检测到直流电网故障时，切换至外环直流限流/无功控制模式，将直流母线限流指令值I
limitref
与直流母线电流实际值I
dc
作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值I
dcref
；将交流侧无功功率指令值Q
ref
与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值I
qref
。3.如权利要求2所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，所述电流指令值包括：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
acjref
、通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生的j相直流环流的调节量i
legdcjref
、j相负序电流的调节量i
leg_njref
、以及通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值i
arm_p（n）jref
。
4.如权利要求3所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，所述通过子模块电容电压全局控制产生j相电流指令信号i
acjre，
具体为：根据采集的j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压v
pj_cz
和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压v
nj_cz
，计算得到电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值V
C_ave
、j相相单元的子模块电容电压和v
j_c_sum
、以及MMC的j相上、下桥臂电容电压之差；将三相子模块总体电容电压平均值V
C_ave
与指令参考值V
C_ref
输入PI调节器进行PI控制，得到三相电容电压平均值跟踪指令参考值I
acref
，将PI调节器的输出I
acref
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所述j相电流指令信号i
acjref
，其中，j=a、b、c；所述通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生j相直流环流的调节量i
legdcjref
、j相负序电流的调节量i
leg_njref
，具体为：对电力电子能量变换器的j相子模块相电容电压平均值v
j_c_sum
与三相子模块总体电容电压平均值V
C_ave
进行PI控制，得到对应的j相的功率调节量，将j相的功率调节量分别乘以协调系数W1、W2和W3，分配给零序电压产生的功率、直流环流产生的功率和负序电流产生的功率，将分配给直流环流产生的功率除以直流母线电压，得到所述j相直流环流的调节量i
legdcjref
；将分配给负序电流产生的功率变换到坐标系，并对轴的量取反，对坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行运算，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，得到所述j相负序电流的调节量i
leg_njref
；所述通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值i
arm_p（n）jref
，具体为：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，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，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与j相上、下桥臂电容电压之差通过PI调节器得到调节量
△
I
arm_j ，将前馈环节I
ff
加上调节量
△
I
arm_j
之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相上桥臂基频电流输出值i
arm_pj
；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
，将三相上桥臂基频电流输出值求和并除以3，得到上桥臂基频电流的零序分量i
arm_pzero
，将三相下桥臂基频电流输出值求和并除以3，得到下桥臂基频电流的零序分量i
arm_nzero
，根据所述j相上桥臂基频电流输出值i
arm_pj
j相下桥臂基频电流输出值i
arm_nj
得到所述j相上下桥臂基频电流参考值i
arm_p（n）jref
。5.如权利要求1所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，所述根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值，具体包括：将参考桥臂电流指令值后在dq坐标或者abc坐标进行负反馈控制，得到j相上、下桥臂输出电压指令值和；结合桥臂内子模块电容电压平衡控制，得到j相上、下桥臂第z个子模块调制电压参考
值、。6.如权利要求1所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，还包括：提取电力电子能量变换器交流侧并网点正序电压相位，为所述外环电压/功率控制模块和所述全局
‑
相间
‑
桥臂间子模块电容电压均衡控制模块提供参考相位。7.一种MMC型能量变换器故障控制装置，其特征在于，包括：外环电压/功率控制模块，用于根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；全局
‑
相间
‑
桥臂间子模块电容电压均衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀肖彤，柳丹，熊平，肖繁，江克证，邓万婷，陈孝明，曹侃，蔡萱，王伟，康逸群，徐驰，熊亮雳，李猎，叶畅，胡畔，谭道军，何宇航，宿磊，李喆，游力，熊昊喆，敖宇琦，冯万里，程绳，刘巨，胡四全，贺之渊，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院国网智能电网研究院有限公司许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：