[发明专利]一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器环流抑制方法

说明书

本发明属于直流输电技术领域，具体地说，是一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器环流抑制方法，通过分析MMC环流产生的机理，建立桥臂环流所对应的抑制模型，提出一种虚拟电抗对MMC上、下桥臂电压进行修正，以达到环流抑制的目的。该方法通过软件算法虚拟出一个硬件等效电抗器以改变每相桥臂的等效输出电抗，从而有效地抑制模块化多电平变换器的环流问题。

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体地说，是一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器环流抑制方法。

背景技术

模块化多电平变换器(MMC)自2002年第一次提出后就引起世界各国学者的广泛关注，相比于传统的多电平变换器，模块化多电平变换器凭借高度模块化的设计使其具有良好的电压扩展能力与功率扩展能力且输出电压波形质量好，但模块化多电平变换器最大的优势还在于它具有公共直流母线，从而使三相桥臂之间能够进行能量交换，有利于三相平衡控制。

模块化多电平变换器的能量是分散存储在各个子模块电容中，理论上每个子模块参数是完全相同的，但实际由于电容参数的微小差异、子模块投入时间不同以及器件损耗等问题，变换器能量不能平均分配，而由于三相桥臂并联在直流电压两端的结构特性，这就会在桥臂间产生环流。

环流与MMC各电气量所满足的一阶微分方程形式如下：

由一阶微分方程可以看出，x相的内部环流在桥臂电抗及桥臂等效电阻上的压降正是由于上、下桥臂的电压之和与直流侧电压不等而引起的，并且环流只存在于MMC内部电路，虽对MMC外侧所接电源或负荷没有影响，但它的存在会使桥臂电流发生畸变，造成开关器件损耗，甚至影响到补偿系统的安全运行。

目前针对环流的抑制方法是通过在硬件上增加桥臂电抗的电抗值来减小三相桥臂间的环流，但实际桥臂电抗值选取的过大，会影响MMC系统的跟踪能力，而且过大的电感会带来体积与成本增加等问题。因此针对现有问题，本文提出了一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器的环流抑制方法，目的是为了提高MMC等效输出桥臂电抗，并不仅仅是增加硬件上的桥臂电抗来抑制环流。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器的环流抑制方法，通过分析MMC环流产生的机理，建立桥臂环流所对应的抑制模型，提出一种虚拟电抗对MMC上、下桥臂电压进行修正，以达到环流抑制的目的。该方法通过软件算法虚拟出一个硬件等效电抗器以改变每相桥臂的等效输出电抗，从而有效地抑制模块化多电平变换器的环流问题。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器的环流抑制方法的设计方案，具体包括下列各步骤：

根据MMC环流产生的机理建立相应的环流抑制模型，该环流抑制模型是由电压源V_z、电压源2V_diff与桥臂电抗L_a、桥臂电阻R_a串联构成。利用极性相反的电压源2V_diff对上、下桥臂电压进行修正，从而减小电压源V_z，以达到抑制环流i_z的目的。

根据对电压修正量V_diff的分析，将其看成是一个虚拟电抗的压降，提出了一种基于虚拟电抗的模块化多电平变换器的环流抑制方法。该虚拟电抗器是由电流比较单元、运算处理单元、电压产生单元组成。利用虚拟电抗器的电流比较单元将桥臂环流的电流信号与参考信号进行比较，通过虚拟电抗器的处理后产生相应的电压修正信号，再通过电压产生单元对MMC上、下桥臂电压进行修正。运算处理单元是根据对环流特性的在线分析而设计的虚拟电抗控制器。