[发明专利]一种桥臂单传感器的MMC环流控制方法

说明书

本发明公开了一种桥臂单传感器的MMC环流控制方法，具体包括以下步骤：（1）采样桥臂阻感电压、交流输出电流及直流母线电流，分别得到桥臂输出电压和桥臂电流；（2）按照基于桥臂能量分析的二倍频环流抑制原理，得到各桥臂需要投入的子模块数；（3）根据桥臂输出电压、桥臂电流及前一时刻的子模块驱动信号，预测下一时刻子模块的电容电压；（4）对电容电压预测值进行排序，预测出下一时刻子模块的驱动信号并分配给相应子模块。本发明针对各桥臂采用单电压传感器，无需检测每个子模块电容电压，节省了电压传感器和一部分电流传感器的成本，简化了硬件电路及控制器间的复杂度，使其能够处理大规模的MMC系统。

技术领域

本发明专利涉及一种桥臂单传感器的MMC环流控制方法。

背景技术

随着电力电子开关器件电压等级和功率等级的大幅提升，应用于大功率场合的高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)受到了工业界和学术界的广泛关注，在国内外发展迅猛。与常规的多电平电压源型变换器相比，模块化多电平变换器(ModularMultilevel Converter，MMC)具有高度模块化、容易扩展和输出波形谐波含量少的优点，结构上代替了多绕组变压器，减小了装置的体积，节省了成本，同时模块化的系统结构也为系统的冗余设计带来了便利，多模块串并联的设计方案避免了开关器件的直接串并联，解决了功率器件等级与高压电网系统等级间的矛盾，极大地推动了柔性直流输电技术的发展。但是大量的子模块串并联结构也带来了多电压电流传感器的问题，在高压系统中，同时满足传感器的电压和精度等级，设计难度极大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对模块化多电平结构的高压无源逆变系统，提供了一种基于该结构的桥臂单传感器的环流控制方法，解决了模块化系统多电压电流传感器的问题，同时抑制桥臂二倍频环流，降低了功率损耗，在控制系统稳定的前提下，保证了高压模块化多电平无源逆变系统中各子模块电容电压的均衡，实现了装置能量的高效利用和节约了生产制造成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种桥臂单传感器的MMC环流控制方法，通过检测各桥臂阻感电压、交流输出电流和直流母线电流，根据模块化多电平变换器单相桥臂的数学模型推导出桥臂输出电压和桥臂电流，结合各子模块的开关状态，对子模块的电容电压进行预测和修正，并通过排序算法对各子模块的电容电压进行平衡控制，起到了平衡模块电压和桥臂环流控制的双重效果。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)以单相MMC无源逆变系统为例，根据KVL和KCL定律，假设桥臂二倍频环流分量被消除，建立该结构的基本数学模型，如下：

其中，U_dc表示MMC直流母线总电压，u_px和u_nx(x＝a,b,c，下同)分别为上、下桥臂输出电压，u_{L_px}和u_{L_nx}分别为上、下桥臂阻感电压，u_cx为MMC逆变侧输出电压，i_px和i_nx分别为上、下桥臂电流，i_cx为交流输出电流，R和L分别为桥臂电阻和电感，R_o和L_o分别为逆变侧阻感负载，I_{zx_0}为桥臂环流的直流分量，由I_dc平均分配给三相桥臂，有：I_{zx_0}＝I_dc/3。则由上式可得上、下桥臂输出电压和电流的表达式为：

单相系统只需采集u_{L_px}、u_{L_nx}，i_px、i_nx和I_dc即可；