[发明专利]一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，属于电力电子控制器领域。

背景技术

自德国学者于2002年提出模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑结构以来，该变换器以其谐波含量少、开关频率低、易于模块化设计等特点受到学业界和工业界的广泛关注。但MMC也有一定缺陷，大量储能电容随子模块的投切不断进行充放电，由此造成了三相桥臂电压与直流侧不匹配。这将在环流中引入大量低频谐波，增加系统损耗，减少开关器件寿命，降低系统性能及稳定性。

由于MMC直流母线电压靠各桥臂的分布式电容支撑，若发生电容电压不平衡则会导致环流。环流可以分为两部分：一部分是直流分量，在直流侧与相单元间流动；另一部分是谐波分量。虽然谐波分量对MMC交流侧输出不产生影响，但叠加在桥臂电流上会引起桥臂电流畸变，不仅对器件耐流水平提出了更高要求，且将增加MMC系统的功率损耗。

基于内模原理的重复控制器，对指定频率及其所有谐波频带具有无穷大增益。为了彻底抑制环流回路中各阶次交流谐波源的影响，提供更好的稳态性能，在MMC结构中加入了嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法。它的加入可以完全消除环流中的交流分量，让系统保持很好的稳定性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法。

一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：初始化，即在MMC的控制器中设定以下参数，所有电流、电压与功率参数均采用标么值：

设定控制器的有功功率参考P^*与无功功率参考Q^*；

设定控制器的桥臂电压参考值

设定控制器的桥臂等效感抗L₀与R₀等效阻抗；

步骤2：采集系统输出侧的各个相电压v_a、v_b、v_c以及相电流i_a、i_b、i_c送入交流侧功率控制模块，与给定的有功功率参考P^*与无功功率参考Q^*一起在交流侧功率控制模块进行计算，输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号e_a，e_b，e_c；

步骤3：由步骤2中得到系统输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号e_a，e_b，e_c分别送入到k相直流侧控制模块与各相参考电压生成模块中；

步骤4：桥臂环流计算结构图采集k相单元中上桥臂采集电流i_kp和下桥臂采集电流i_kn在第一加法器中相加，再除以2得到k相环流值i_diffk，送入到k相直流侧控制模块；k代表a,b,c三相；

步骤401：在直流侧控制模块中,通过V_S值计算模块，将步骤3的无功功率输出，k相环流值i_diffk以及环流控制模块输出的V_diffk进行计算得到桥臂观测电压

步骤5：环流指令生成模块接收到步骤401得到的与桥臂电压参考值经过计算得到各相环流参考值i^*_diffk；

步骤6：环流控制模块接收到步骤4得到的k相环流值i_diffk与步骤5得到的环流参考值i^*_diffk进行计算得到桥臂环流电压值u_diffk；

步骤7：将步骤6得到的桥臂环流电压值u_diffk与步骤2交流侧功率控制模块(1)得到的e_a、e_b、e_c值在k相参考电压生成模块，经过计算，其输出值送给信号调制模块，经过调制模块生成驱动信号；

步骤8：MMC子模块基本单元模块接收步骤7的驱动信号；驱动MMC子模块基本单元中电力电子开关的开通与关断，这样就对MMC变换器子模块基本单元进行控制。

其中环流控制模块中包括重复控制器和比例-积分控制器PI(z)，保持对直流参考量的无静差跟踪；

其中比例-积分控制器的表达形式为：