[发明专利]一种基于并联谐振的MMC环流抑制策略

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子在电力系统中的应用领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器的环流抑制方法。  

背景技术

模块化多电平换流器（MMC）是一种新型的多电平电压变换电路，它通过将多个子模块级联的方式，可以叠加输出很高的电压。相比较于传统的多电平拓扑结构，改拓扑结构并且具有输出谐波少、模块化程度高等特点，因而在电力系统中具有广泛的应用前景。 

相对于以往的多电平变流器，MMC拥有许多优点，但同时也带来了一些新的问题。其中最重要的问题之一就是会在上下桥臂之间产生环流，从而对变流器的运行产生影响。变流器中的环流的出现，会导致输出波形发生畸变、桥臂损耗增大、系统稳定性下降等问题。桥臂上环流的产生，只要是由于MMC中子模块电容电压的波动以及桥臂上限流电感的分压作用所产生的。对于环流的成分，国内外已经有很多的学者已经做了很多相关的研究，并已经证实环流中的主要成分为二次谐波，占到了环流成分的90%以上。因此，对于环流的抑制，主要就是对环流中二次谐波分量的抑制。 

在环流的抑制方面，目前也有很多的文章介绍了这方面的成果。但是这些文章主要都是针对于环流控制器方面的设计与研究，这些设计方案偏向于对调制波的补偿，主要是通过软件算法实现，实现比较复杂、反应速度较慢，而且会导致系统的鲁棒性能下降。在抑制环流的方法上，通过改变主电路拓扑来抑制环流，也即使用硬件的方法抑制环流，是一种更为有效的选择。但是，当前关于这方面的研究成果却几乎没有。 

因此，发明一种基于改变变流器主电路拓扑结构的方法来抑制系统中的环流，就显得尤为重要。 

发明内容

本发明的目的是为了解决MMC结构中的环流的抑制问题，本发明从改变主电路拓扑结构入手，通过在桥臂上串联二次谐振电路，从而很好的实现了对于二次环流的抑制。该方案的使用了仅仅使用了电感和电容、实现方便，系统稳定性高，成本也较为低廉。该方法不需要改变调制与控制电路，相比较于传统的使用控制器的方法，该方法具有响应速度快、鲁棒性能强和抑制效果好等特点。 

为实现这一目的，本发明通过下述技术方案解决： 

本发明的模块化多电平换流器的环流抑制方法，其特点在于，使用电感和LC并联电路串联，从而在硬件电路中解决了环流抑制的问题。该环流抑制器主要包括两个部分，即串联在桥臂上的电感和LC谐振电路。

MMC的每相使用两个LC谐振电路，并将它们分别串联在MMC的上、下桥臂上，取代传统的MMC变流器电路中桥臂上原有的限流电感的位置。在并联回路的外部在串联一个电感器，用于调整基波流过时电路的等效电抗。通过调整谐振电路中的L1和C，以及串联的电感器L2，就可以实现对电路参数的灵活调节。通过对以上三个变量进行调节，使得在该电路取代原有的限流电感后：在基波流过该电路时，电路的等效电抗与原有的限流电感的值相等；在二次谐波流过该电路时， LC并联回路发生谐振，从而等效于很大的阻感，进而限制二次谐波的流通。 

附图说明

图1是未采用环流抑制器时的传统的MMC结构图； 

图2是采用该方案时的MMC结构图；

图3是采用该方案时的环流抑制器电路原理图；

图4是采用该方案前后的环流波形对比图。 

具体实施方案

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的具体说明。 

）使用了本发明中所介绍的环流抑制方法后的MMC电路结构如图2所示。与图1所示的原有的MMC电路相比较，就可以发现该方案的对电路拓扑的修改主要就是将传统的MMC变流器电路中桥臂上原有的限流电感L0换成了图3所示的电路。由于环流的主要成分为二次谐波分量，所以通过调整LC并联回路，使其在二次谐波流经时发生并联谐振，即可有效地抑制桥臂上流过的二次谐波。该方案的电路图如图3所示，A、B为该环流抑制电路串联到桥臂上的两个连接点（取电流由A流向B为正方向），C和L1构成并联谐振电路，L2是串联电感。通过计算，保持其在基波流过的时候，电路的等效电抗为L0，在二次谐波流过时，LC回路发生谐振。其中C，L1，L2为可变量。设基波频率为f，则参数的选择需满足以下等式： 

                         （1）

                      （2）

其中，，，。

在这种情况下，可以得到桥臂电流中N次()电流流过该环流抑制电路时的等效阻抗表达式： 

             （3）