[发明专利]一种基于虚拟环流分量的单相MMC环流抑制器及抑制方法

说明书

本发明公开了一种适用于单相模块化多电平变流器的基于虚拟环流分量的环流抑制器及抑制方法。单相MMC由两相四个桥臂组成，每个桥臂由若干个半桥子模块与一个桥臂电感串联组成，其中每个半桥子模块由两个串联的开关器件并联一个子模块电容构成，单相MMC的直流侧由一个直流电源提供恒定的直流电压，交流侧经网侧电感接入单相电网。由于本发明仅需测量一相桥臂电流，减少了测量器件的数量，整体控制环节仅需一对比例积分控制器，较其他环流控制器更容易实现，故该简化的环流抑制器比起现有的其他分相环流抑制器，极大减少了系统成本和整体控制的复杂性。

技术领域

本发明涉及模块化多电平变流器技术领域，特别是涉及一种基于虚拟环流分量的单相MMC环流抑制器。

背景技术

由于风电、太阳能和海洋能等新型可再生能源技术的迅速发展以及世界对清洁能源的需求比重不断增大，解决因能源分布不均引起的远距离传输问题，提高电网的传输效率、稳定性和可靠性等问题已经成为电气行业研究的重点。与交流输电技术相比，采用电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术除能实现电能大规模和远距离输送的需求以外，还具有输电效率高、节省输电走廊、调节快速可靠等优势，因此在电网中得到了大规模应用。传统的VSC-HVDC系统往往采用功率开关器件直接串联的两电平或三电平变换器，但其存在换流器容量受限、损耗较大及对功率器件开关的一致性和动态均压特性要求高等缺点，给系统的动态特性和谐波特性造成了负面影响。近年来模块化多电平变换器(MMC)拓扑被提出，由于其本身包含功率单元的级联结构，非常容易实现模块化设计扩展，能够大大提高系统的电压等级和装机容量等优点，随着其相关控制技术的发展，基于MMC的HVDC系统已经得到工程应用，并逐渐成为未来HVDC工程的发展趋势。

然而MMC存在环流问题，环流叠加在上下桥臂的电流内，带来了增大功率器件额定容量、提高成本、增加系统损耗以及甚至会损坏装置等后果。因此MMC的环流抑制已成为学术界的研究热点之一。国内外学者对MMC的环流抑制问题做了大量研究。目前最常用的环流抑制法是基于二倍频负序旋转坐标系的环流抑制控制器，其通过dq旋转坐标系，针对三相环流按负序在三相间来回流动的特点，将二倍频环流分离成两个直流量，再经过比例积分控制环节，实现了环流的减小，但这种方法仅适用于三相系统，不适用于单相系统。另一种通用环流抑制策略通过实时检测桥臂电流，计算得到环流分量并进行抑制，通过抑制环流中低频交流分量降低了直流侧输入功率中的低频脉动，该策略适用于任意相数的MMC系统。但在工程实际应用中，由于测量时不可避免地存在误差，这种通用环流抑制器的效果容易受到影响。此外又有学者分别提出了基于比例-积分-谐振控制(Proportional-Integral-Resonant Control)、准比例-谐振控制(Proportional-Resonant Control)、重复控制(Repetitive Control)以及模型预测控制(Predictive Control)等多种环流抑制策略，虽然以上策略可实现分相控制，但由于这些控制策略的数学模型、控制过程与参数调节较为复杂，不容易实现，且三相MMC系统因其固有结构特性与单相MMC系统的差异，其相关的控制方式也不能简单移植到单相系统中。

因此，针对MMC的单相环流抑制策略进行单独研究具有重要的实际意义。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于虚拟环流分量的单相MMC环流抑制器及其专用抑制方法。

技术方案：为了解决单相MMC并网系统的环流问题，首先比较了单相与三相MMC的拓扑结构的差异，通过研究其固有的环流分布特点，给出了单相MMC的环流模型，使用一阶高通滤波器得到环流中的交流分量，然后通过四分之一周期延时构造虚拟环流分量中的环流分量，将虚拟环流分量与实际分量通过两相静止/两相旋转坐标变换转化成直流分量，最后使用PI控制环节降低环流量。