【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模块化多电平变换器的控制策略，尤其涉及直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略。
技术介绍
1、随着新能源发电技术、远距离输电以及负荷终端的多样化发展，电力电子非线性装置以其灵活性在发电侧、输电侧、用电侧的渗透率日益提高，电力系统动力学特性愈发复杂，谐波、无功、三相不平衡等电量质量问题日益凸显，严重威胁着电网的安全性和稳定性。无功功率将会引起额外的功率耗损，减少功率的传输效率，为了进一步提升电网的功率因数和稳定性，无功补偿设备常常被用于电力系统中，来吸收或者发出无功功率，提高系统整体的能量利用效率。传统无功补偿设备例如：静止无功补偿器(static volt-amperereactive compensator,svc)和静止同步补偿器(static synchronous compensator,statcom)已经成功应用于高电压直流输电系统、风力发电场等领域。
2、传统无功补偿器的控制方法不具备同步发电机的惯性、阻尼支持能力，新能源和电网电压、功率扰动会造成无功补偿器输出不稳定的问题。因此，虚拟同步机(virtualsynchronous generator,vsg)控制技术被提出来模拟同步发电机的惯性、阻尼特点，具有较大的阻抗，能在弱电网下提供一定的电压、频率支撑能力，不需要同步锁相环，因此对系统中的各类扰动具有更强的抵抗性，从而提升系统整体的稳定能力。vsg因具有虚拟惯性和阻尼特性而得到了广泛研究，并且一些虚拟惯性阻尼控制技术也应用到了svc和statcom中。由于svc存在体积过大
3、为了提高vscom的整体性能，基于多电平拓扑技术的vscom具有更优的输出谐波性能、器件开关电压应力及dv/dt，可以直挂到更高电压等级的电网中，避免器件串并联带来的动态均压问题。对于statcom而言，其多电平拓扑结构常常可分为二极管钳位型、飞跨电容型和h桥级联型(cascaded h-bridge，chb)三种。其中chb及其衍生的模块化多电平变换器(modular multilevel converter，mmc)结构具有模块化、易扩展、容错性强等优势被大量研究。chb型采用全桥结构，在同样的子模块数量下，可以输出更多电平；mmc型采用半桥结构，子模块器件使用更少，但会面临相间环流问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种新颖的模块化多电平混合变换器(modular multilevel hybrid converter，mmhc)拓扑技术，结合chb型拓扑技术，提出一种适用于虚拟同步补偿器(vscom)的直挂式串联混合模块化多电平变换器(series-connected hybrid modular multilevel converter,sc-hmmc)拓扑技术。在此基础上，结合虚拟同步补偿器(vscom)控制技术、直挂式串联混合模块化多电平变换器(sc-hmmc)调制技术和电容能量耦合机理，设计基于pd控制器的多级电容电压平衡方法，根据各相电容总电压与虚拟直流母线电压之差来确定零序电压，实现相间电容电压平衡；以相内电容电压和电压均值的差异，修正子模块参考信号，实现相内电容电压平衡；最后根据载波移相调制方法重新分配子模块投入时间，实现直挂式串联混合模块化多电平变换器(sc-hmmc)的整体电压平衡控制。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器(vscom-sc-hmmc)的电压平衡策略，包括以下步骤：
4、根据虚拟同步补偿器(vscom)的无功控制环路，设计直挂式串联混合模块化多电平变换器(sc-hmmc)惯性无功控制策略，从而实现直挂式串联混合模块化多电平变换器(sc-hmmc)输出期望无功功率对系统进行无功补偿；
5、根据载波移相调制方法重新分配低压半桥子模块投入时间，基于pd控制器设计直挂式串联混合模块化多电平变换器电容电压控制策略，实现直挂式串联混合模块化多电平变换器的整体电容电压平衡，保证单体电容电压稳定在稳态值；
6、基于相内电容电压和电压均值的差值，修正低压半桥子模块参考信号，实现每个低压半桥子模块之间的功率分配，保证相内电容电压平衡；
7、设计基于pd控制器的多级电容电压平衡方法，根据各相电容总电压与虚拟直流母线电压之差来确定零序电压，实现相间电容电压平衡；
8、基于载波移相设计直挂式串联混合模块化多电平变换器的调制方法，控制直挂式串联混合模块化多电平变换器输出多电平电压，实现惯性无功控制和所有电容电压平衡。
9、直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的拓扑结构，包括直挂式混合模块化多电平变换器(sc-hmmc)、lc滤波器和电网；其中直挂式混合模块化多电平变换器混合了低压半桥子模块(half bridge sub-module,hsm)和高压全桥子模块(full bridge sub-module,fsm)两种；每相由k个高压全桥子模块串联共同支撑虚拟母线电压udc，而每个高压全桥子模块中包括j个串联的低压半桥子模块，每个低压半桥子模块都由并联电容cjki、等效电阻rjki和低压开关器件组成；高压fsm器件和低压hsm器件承受的电压应力分别为和直挂式混合模块化多电平变换器的输出电压、电流分别为ui、ii；并网电压、电流分别为ugi、igi，l1和c1分别为并网滤波电压和电容；r1为直挂式混合模块化多电平变换器的等效并网电阻；rg和lg分别为电网的电阻和电感；下标i表示a，b或c相；下标k表示第k个串联的高压全桥子模块，下标j表示某个高压全桥子模块中的第j个串联的低压半桥子模块。
10、进一步，直挂式串联混合模块化多电平变换器(sc-hmmc)惯性无功控制策略具体为：
11、虚拟同步补偿器的无功控制环路为：
12、
13、式中：q、q0分别表示实际并网无功功率、需求无功功率；v、v0分别表示变换器输出电压、pcc点电压；dq表示电压下垂系数；jq表示虚拟惯性系数；e、e0分别为直挂式混合模块化多电平变换器的实际输出电压有效值、额定输出电压有效值；
14、当虚拟同步补偿器采用无功功率直接控制时，公式(1)可以简化为：
15、e＝kis(q0-q)+e0 (2)；
16、式中：kis为积分控制器；通过式(2)可以实现vscom的惯性无功功率控制。
17、进一步优选，直挂式串联混合模块化多电平变换器的整体电容电压平衡策略具体为：在不考虑功率损耗并且载波本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，所述直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的拓扑结构，包括直挂式混合模块化多电平变换器、LC滤波器和电网；其中直挂式混合模块化多电平变换器混合了低压半桥子模块和高压全桥子模块两种；每相由K个高压全桥子模块串联共同支撑虚拟母线电压而每个高压全桥子模块中包括J个串联的低压半桥子模块，每个低压半桥子模块都由并联电容Cjki、等效电阻Rjki和低压开关器件组成；高压FSM器件和低压HSM器件承受的电压应力分别为/K和/(JK)，直挂式混合模块化多电平变换器的输出电压、电流分别为ui、ii；并网电压、电流分别为ugi、igi，L1和C1分别为并网滤波电压和电容；R1为直挂式混合模块化多电平变换器的等效并网电阻；Rg和Lg分别为电网的电阻和电感；下标i表示a，b或c相；下标k表示第k个串联的高压全桥子模块，下标j表示某个高压全桥子模块中的第j个串联的低压半桥子模块。
3.根据权利要求2所述的一
4.根据权利要求3所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，直挂式串联混合模块化多电平变换器的整体电容电压平衡包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，直挂式串联混合模块化多电平变换器相内电容电压平衡策略，具体为：
6.根据权利要求5所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，直挂式串联混合模块化多电平变换器相间电容电压平衡策略，具体为：
7.根据权利要求6所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，基于载波移相调制方法，控制直挂式混合模块化多电平变换器输出多电平电压，实现惯性无功控制和所有电容电压平衡。
8.根据权利要求7所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，所述载波移相调制方法：每相中包括K个高压全桥子模块FSMki，每个FSMki中包含J个低压半桥子模块HSMjki；每相高压全桥子模块FSMki中的J个低压半桥子模块HSMjki的载波信号相互移相TN/J，相邻高压全桥子模块FSMki和高压全桥子模块FSM(k+1)i内的低压半桥子模块HSMjki和低压半桥子模块HSMj(k+1)i的载波信号相互移相TN/JK，其中，TN表示单位载波时间；每相的高压全桥子模块FSMki公用一个驱动信号，工作在基波频率和零电压开关；当相参考信号uj>0时，高压全桥子模块FSMki正向导通；当相参考信号uj<0时，高压全桥子模块FSMki反向导通；低压半桥子模块HSMjki工作在载波频率，当其参考信号ujki大于对应载波时，低压半桥子模块HSMjki的上开关器件导通，下开关器件关闭，电容投入工作；当其参考信号ujki大于对应载波时，低压半桥子模块HSMjki的上开关器件关闭，下开关器件导通，电容被切除；在调制比最大时，直挂式混合模块化多电平变换器的相电压电平数为2JK+1。
...【技术特征摘要】
1.一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，所述直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的拓扑结构，包括直挂式混合模块化多电平变换器、lc滤波器和电网；其中直挂式混合模块化多电平变换器混合了低压半桥子模块和高压全桥子模块两种；每相由k个高压全桥子模块串联共同支撑虚拟母线电压而每个高压全桥子模块中包括j个串联的低压半桥子模块，每个低压半桥子模块都由并联电容cjki、等效电阻rjki和低压开关器件组成；高压fsm器件和低压hsm器件承受的电压应力分别为/k和/(jk)，直挂式混合模块化多电平变换器的输出电压、电流分别为ui、ii；并网电压、电流分别为ugi、igi，l1和c1分别为并网滤波电压和电容；r1为直挂式混合模块化多电平变换器的等效并网电阻；rg和lg分别为电网的电阻和电感；下标i表示a，b或c相；下标k表示第k个串联的高压全桥子模块，下标j表示某个高压全桥子模块中的第j个串联的低压半桥子模块。
3.根据权利要求2所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，直挂式串联混合模块化多电平变换器惯性无功控制策略包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，直挂式串联混合模块化多电平变换器的整体电容电压平衡包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种直挂式混合模块化多电平虚拟同步补偿器的电压平衡策略，其特征在于，直挂式串联混合模块化多电平变换器相内电...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐志，翟保豫，梁树超，陈俊儒，李星，李子安，杨涵棣，陈永平，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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