[发明专利]一种模块化多电平换流器的桥臂瞬时电流直接控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子装置控制技术领域，特别涉及一种模块化多电平换流器的桥臂瞬时电流直接控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有易拓展、有功无功可解耦控制、谐波特性优秀、开关器件损耗小等特点，是柔性直流输电领域的一种最有应用潜质的电压源换流器拓扑结构。

模块化多电平换流器的主要电路如图1所示。这种换流器由六个桥臂组成，每个桥臂包含一个桥臂电感L_arm和一组子模块，如图中虚线框所示。桥臂中的每一个子模块内都有一个电容和数个电力电子开关，这一电容在换流器运行过程中通过控制保持一个较稳定的直流电压；同时通过电力电子开关可以改变电容的连接形式，从而在子模块端口上输出0电压或者电容电压；再通过一个桥臂中多个子模块的组合，即可合成所需的输出电压。记换流器三相交流端口的电压瞬时值为v_a、v_b、v_c，三相交流端口的电流瞬时值为i_a、i_b、i_c，直流端口的电压瞬时值为v_dc，直流端口的电流瞬时值为i_dc，换流器内部环流的A相、B相分量瞬时值分别为i_acir、i_bcir(内部环流之和为0，故C相分量为-i_acir-i_bcir，不独立，不单独列出)，六个桥臂电流的瞬时值为i_au、i_al、i_bu、i_bl、i_cu、i_cl，六个桥臂中各电容电压之和的瞬时值为v_aucap、v_alcap、v_bucap、v_blcap、v_cucap、v_clcap。

模块化多电平换流器的控制系统通常由外环控制器、内环电流控制器和阀触发脉冲调制器组成。模块化多电平换流器控制系统的外环控制器根据换流器的工作模式和端口特性要求(如输出功率、电压等)生成换流器的端口电压/电流参考值和环流参考值，通常根据工作模式的不同，对于交流端口可能要求控制端口电压或者是端口电流，分别会产生交流端口电压参考值和交流端口电流参考值；对于直流端口也根据工作模式不同可能要求控制端口电压或者是端口电流，也分别产生直流端口电压参考值和直流端口电流参考值；此外外环控制器在各工作模式下都会根据当前工况产生环流参考值，或简单的产生恒为0的环流参考值。值得注意的是，外环控制器的形式需要和内环电流控制器的控制能力匹配，例如如果内环电流控制器没有直流端口独立控制的能力，则外环控制器就不能对直流端口进行控制，也就不应生成直流端口的相关参考值。内环电流控制器则根据外环控制器生成的参考值和相关电气量的当前测值产生换流器六个桥臂的调制波信号。阀触发脉冲调制器则根据各桥臂的调制波信号产生桥臂中每个开关器件的触发脉冲，实际控制主电路的运行。本发明提出的控制方法是用于其中的内环电流控制器的一种控制方法。

现有的模块化多电平换流器的控制系统的内环电流控制器的控制方法通常是对换流器的交流端口电流和内部环流分别采用dq旋转坐标系下的矢量控制方法进行控制。稳态时dq坐标系下的量都是直流量，容易得到较好的控制效果；但在暂态过程或三相不对称时dq坐标系下的量也会出现交流分量，导致控制效果下降。另外内部环流采用dq解耦控制通常仅能实现对特定频率的特定序分量环流的抑制(通常选择抑制二倍频负序分量)，而不能实现对环流电流的完全控制，使得在暂态或不对称条件下各桥臂总电容电压的动态过程处于不控状态，容易导致换流器的功率输出能力受限甚至由于过压/过流退出运行。

发明内容

本发明的目的是为克服已有内环电流控制方法的不足之处，提出一种模块化多电平换流器的桥臂瞬时电流直接控制方法。这种控制方法可以在一个控制周期内将各桥臂的电流控制到参考值，其控制响应速度快并且不受暂态过程影响；同时这种控制方法通过对内部环流的控制可以完整控制换流器的内部动态过程，保证换流器不会出现桥臂过流，并可以配合合适的电容电压控制算法保证换流器在暂态过程和非对称工况下也不会出现电容过压。

本发明提出的一种模块化多电平换流器的桥臂瞬时电流直接控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：