[发明专利]基于MMC换流器的双端系统直流侧谐振控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于MMC换流器的双端系统直流侧谐振控制方法及系统，所述方法包括：根据系统运行时的给定有功功率和直流侧电压给定值，求得直流侧电流参考值；根据直流侧电流实际值和直流侧电流参考值，求得电流偏差值；将电流偏差值经过PI控制器，获得共模电压分量；将共模电压分量与原始MMC桥臂调制信号相减，得到修正后的MMC桥臂调制信号；基于修正后的MMC桥臂调制信号，结合最近电平逼近调制策略确定出MMC换流器中实际投入的MMC子模块数量，完成基于MMC换流器的双端系统直流侧谐振控制。本发明仅需要采集系统的有功功率和直流侧电压两个信号，通过实时调节投入MMC子模块数量，间接为系统注入阻尼，达到抑制直流侧谐振的目的。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于MMC换流器的双端系统直流侧谐振控制方法及系统。

背景技术

随着电能的广泛利用，对换流器的容量和开关频率要求越来越高。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)作为一种模块化设计、可扩展的电压源型换流器(Voltage source converter，VSC)已在柔性直流输电领域广泛采用，正向交直流混联配电网领域拓展。如图1所示，是一种典型的交直流混联配电网拓扑，伪双极接线方式通过直流侧电容器中点接地，构成正负极对称回路，有利于降低线路绝缘水平。

模块化多电平换流器中包括多个MMC子模块，一方面，由于MMC子模块存在悬浮电容、桥臂电阻和桥臂电抗，双端系统存在直流侧滤波电感，导致基于MMC换流器的双端系统呈现二阶欠阻尼特征，容易产生谐振。另一方面，现有的模块化多电平换流器多采用最近电平逼近调制策略，根据子模块额定电压和调制电压，以及子模块均压控制策略和子模块电容排序结果确定投入子模块数量，最后根据桥臂电流方向确定最终投入的子模块。电容电压排序策略虽能减少计算量、降低开关频率和开关损耗，但易导致不同子模块电容电压差异和直流母线电流波动，引发谐振。上述两个角度所导致直流母线波动问题均可造成IGBT模块过流过压、MMC换流器损耗、系统谐振、威胁系统运行。

图2为三相MMC的拓扑图，由图2可知，上桥臂和下桥臂对称分布，由n个功率单元U_jk和桥臂电感L₀串联构成(j为相数、k为功率单元编号)。桥臂电感L₀连接点是交流输出端，功率单元U_jk的数量N取决于电压等级和选用功率开关器件。桥臂电感L₀作用是抑制环流和子模块故障时的电流上升率。VT₁和VT₂为IGBT，VD₁和VD₂为二极管，C₀为子模块直流侧电容，U_c表示子模块电容电压，u_sm为子模块电压，i_sm为流入子模块电流。根据IGBT开关状态和电流方向确定工作模式如图3所示、工作状态如表1所示。

表一

为抑制直流侧母线波动，当前国内外学者专家围绕MMC换流器直流侧谐波阻尼控制展开研究。北京四方继保自动化股份有限公司和重庆电力公司电力科学院的周俊等人在《基于阻尼控制的柔直系统直流侧谐波抑制方法》一文中对谐振抑制策略进行理论分析和仿真验证，结果表明基于阻尼注入的直流侧谐振抑制策略可有效降低直流侧电流波动和换流器损耗。其基本原理为：通过为系统注入阻尼，在系统中计算出阻尼电压U_dcr，U_dcr与造成谐振的激励电压源值等值、反向，即：

U_dcr＝kI_dch (1)

上式中：I_dch为直流侧电流谐波分量。

此外，调制电压U_MMC在阻尼电压U_dcr作用下调整为：