[发明专利]模块化多电平换流器桥臂电流的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及模块化多电平换流器桥臂电流的控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器是近几年备受关注的一种新型适用于高压应用场合的换流器，它采用子模块级联的方式，通过分别控制每个子模块的状态，可以使换流器输出的交流电压逼近正弦波，从而降低输出电压中的谐波含量，它的出现解决了两电平电压源换流器存在的串联均压问题，具有广阔的应用前景。

三相模块化多电平换流器（MMC）主电路拓扑结构示意图如图1（a）所示，包含3个相单元，每个相单元包括上下两个桥臂，每个桥臂由若干个子模块（SM）和一个换流电抗器串联组成。子模块的结构如图1（b）所示，由一个作为开关元件的IGBT半桥和一个直流储能电容C并联组成，直流储能电容C还并联放电电阻R。每个子模块包含三种工作状态：闭锁状态，子模块可以通过二极管的单相导通性进行充电；导通状态，子模块可以根据桥臂电流的方向进行充放电；关断状态，子模块电容被旁路，但由于并联放电电阻将缓慢放电。

正常运行时，通过控制子模块的导通和关断，可以实现一个正弦交流输出电压和一个稳定的直流电压。模块化多电平换流器的基本控制方法为：上层控制器产生上下桥臂的控制电压指令或导通子模块个数指令，每个桥臂的阀控装置分别接收上层控制器的控制指令，根据均压策略决定所控制桥臂中导通子模块的个数，使其叠加的电压逼近上层控制的控制电压指令或等于上层控制的导通子模块个数指令。

模块化多电平换流器运行过程中桥臂电流中存在2倍频的环流分量，屠卿瑞等人的“模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析”（高电压技术，2010，36（02），547～552）对其产生机理进行了详细分析。徐政等人在专利“一种三相模块化多电平换流器环流抑制方法”（专利号：201010162065.8，方法1）提出了一种针对环流的抑制方法，通过将二倍频环流进行dq变换，通过解耦控制给出附加的设定量，从而实现两倍频电流的抑制。汤广福等人的“一种基于模块化多电平换流器的阀电流控制方法”（专利号：WO2012/122688A1，方法2）提出了一种针对电流的低频振荡和二倍频谐波分量实现阀电流控制的方法，也可以实现二倍频环流的抑制，还实现了电流低频振荡的抑制。

以上两种方法在上下桥臂的参考电压中加入附加输出电压对换流器的相间二倍频环流以及换流器之间的低频振荡电流进行抑制，但换流器中上下桥臂的电容电压不平衡时可能还会出现桥臂电流基波不对称的情况，上述两种方法不能进行抑制。出现桥臂电流基波不对称的情况的原因有如下可能：

1.上层控制器下发的控制指令存在偏置；

2.上下桥臂子模块电压不平衡，实际叠加产生的电压与控制指令有偏差。

为了解决以上问题，需要加入合适的控制方法消除上下桥臂的基波电流不平衡。

发明内容

本发明的目的，在于提供模块化多电平换流器桥臂电流的控制方法，可以实现减小甚至抑制由上层控制器下发的控制指令存在偏置或上下桥臂子模块电压不平衡引起的桥臂电流不对称。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模块化多电平换流器桥臂电流的控制方法，其对基本控制方法进行改进之处在于，所述方法在上下桥臂控制指令中叠加相反的附加导通个数指令，包括如下步骤：

（1）分别计算相单元中上、下桥臂电流基波分量的有效值，并计算下桥臂电流基波有效值与上桥臂电流基波有效值的差值I_diff；

（2）当差值I_diff大于定值I_u时，附加导通个数指令ΔN_u为设定值N_uset；当I_diff小于I_u-ΔI_u时，附加导通个数指令ΔN_u为0；当I_diff介于I_u-ΔI_u和I_u之间时，附加导通个数不改变；其中I_u、滞回值ΔI_u为实数，N_u取值范围为1至最大桥臂子模块数量；