[发明专利]一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种MMC（模块化多电平换流器）型轻型直流输电系统（HVDC-Light）的并网方法。

背景技术

近年来，随着能源和环境问题的加剧，太阳能和风能等可再生能源在电力系统的渗透率不断提升。随着分布式电源容量、电压等级的提高，尤其是海上风电的发展，轻型直流输电应运而生。MMC作为轻型直流输电系统的主电路，可有效减小输出电压谐波含量，实现高压大功率运行。分布式电源有分散、近靠负载的特点，如能在并网和孤岛两种运行模式实现平滑切换，不仅有助于提高分布式发电的供能质量，还可以发挥分布式发电的潜能，提高电力系统的供电可靠性。因此，开展MMC型轻型直流输电运行模式的无缝切换技术研究尤为重要。然而一般的运行模式切换控制器存在以下不足：

1、运行模式切换控制采用双模式控制技术，并网运行时采用PQ电流控制方法，孤岛运行采用V/f控制方法，双模式控制技术符合微网运行的需要，但电压控制与电流控制之间切换难度大，存在切换失败的风险，而且还要检测孤岛信息来确定是否需要切换控制策略。

2、采用一般的下垂控制，在并网运行及孤岛运行模式下其控制策略保持不变，符合即插即用的特点，但未考虑下垂控制对并网运行的适应性，在并网瞬间可能存在较大的冲击电流。

发明内容

为了使MMC型轻型直流输电系统在无同步单元下快速与电网同步，实现MMC快速、平滑并入电网，不间断地为关键负载可靠供电，本发明提出了一种MMC型轻型直流输电系统的并网方法，在该系统中，MMC通过断路器连接到交流电网，该系统的控制环节包括一个虚拟同步控制单元和一个电容均压分级控制单元，该并网方法包括如下步骤：

检测电网三相电压、MMC三相输出电流以及MMC三相输出电压；

将MMC三相输出电压与检测到的电网三相电压进行比较，结合实际阻抗设定MMC与电网之间的虚拟阻抗，在虚拟同步控制单元中计算得到用于并网控制的虚拟电流；

将MMC模型等同为同步发电机的模型，计算得到用于控制MMC的参考电压信号；

将参考电压信号、电压均压分级控制单元得到的信号相结合与已知的移相的三角载波相比较得到MMC中每个子模块的开关的驱动信号，对MMC输出电压进行控制；

MMC输出电压逐渐接近电网电压，使虚拟电流逐渐减小，当虚拟电流为零时，即MMC输出电压与电网电压基本相同，闭合断路器，实现MMC与电网并网。

本发明的效果在于：

（1）MMC型轻型直流输电系统并网无需复杂的、专门的同步控制电路，利用电网电压与MMC输出电压比较生成虚拟电流，实现MMC输出与电网同步，且预同步时间很短。

（2）虚拟同步控制具有类似同步发电机的下垂特性，在并网时能结合外部网络的频率、幅值来调节自身功率的输出，在稳定电压频率、幅值在额定值附近的同时，保证对负载的可靠供电。

（3）因为虚拟同步控制MMC型轻型直流输电系统均能在并网、孤岛模式下运行，当运行模式变化时，无需检测外部网络变化的信息，无需对控制策略进行切换，避免切换过程中过电流、过电压的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个实施例的系统控制框图；

图2是根据本发明的一个实施例的运算控制算法框图；

图3是根据本发明的一个实施例的MMC基本结构；

图4是根据本发明的一个实施例的并网的单相MMC模型；

图5是根据本发明的一个实施例的MMC输出电压频率和幅值的下垂调节特性。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。