[发明专利]基于模型预测的单相接地故障时MMC的改进控制策略

说明书

本发明公开了基于模型预测的单相接地故障时MMC的改进控制策略，将MMC的控制量和采样量进行正序、负序和零序分离，并根据控制目标在α‑β坐标系上建立MMC的预测模型，以此为基础利用价值函数对MMC各相上、下桥臂导通的子模块个数进行预测，最终结合排序均压算法确定各子模块的开关状态。本发明实现了电网单相接地故障时正序、负序和零序交流电流以及桥臂环流的控制，无需各种控制环路，简化了控制结构，同时无需PI控制器，省略了繁琐的参数整定过程，另外相比传统PI控制，提高了系统的动态响应能力。

技术领域

本发明涉及多电平电力电子变换器领域的电网故障时的控制方法，具体是基于模型预测的单相接地故障时MMC的改进控制策略。

背景技术

基于电压源型换流器的直流输电技术，在我国被称为柔性直流输电技术，由于其采用全控型开关器件，具有不需要换相电压、独立控制有功功率和无功功率输出、可以向无源网络供电等特点，在新能源发电并网、城市电网增容改造、海上平台孤立负荷供电等领域具有广阔的应用前景，模块化多电平换流器(MMC)以其模块化设计、开关频率低、谐波性能好等诸多优点已成为当前柔性直流输电工程的首选技术方案。对于柔性直流输电系统来说，换流变压器采用不同的接线组别时，电网单相接地故障对换流器的影响程度不同。由于零序电流可在三角型绕组中形成环流，变压器阀侧采用三角型绕组隔离零序电流、网侧采用Y₀型绕组以保证系统可靠接地的Y₀/Δ变压器接线组别得到了广泛应用。然而，在高压直流输电系统中，换流变压器阀侧电压等级往往很高，与传统变压器的低压侧存在显著区别，因此在变压器阀侧采用三角形绕组会对系统的绝缘配合提出更高的要求。

Y₀/Y₀接线组别作为另外一种可行的换流变压器接线方式，在变压器两侧均存在自然中性点，有利于系统的可靠接地与绝缘配合设计。采用Y₀/Y₀接线组别的换流变压器，在电网接地故障时阀侧电流同样存在零序成分，当阀侧零序电流过大时，可能会导致MMC由于过流而发生闭锁，但相比Y₀/Δ接线组别，其可以通过抑制网侧零序电流来增强MMC换流器的功率送出能力。MMC有3个主要的控制目标：交流电流、桥臂环流和子模块电容电压，现有的电网接地故障控制策略主要采用PI闭环控制来实现正序、负序、零序交流故障电流和桥臂环流以及子模块电容电压的控制，控制环路较多，控制复杂度很大。同时，由于PI控制器较多，参数的整定较为困难，给调试人员增加了巨大的负担。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供基于模型预测的单相接地故障时MMC的改进控制策略，其利用价值函数实现了电网单相接地故障时MMC的正序、负序和零序交流电流和桥臂环流以及子模块电容电压的控制，无需各种控制环路，简化了控制，同时无需使用PI控制器，省略了繁琐的参数整定过程。

为了实现上述目的，本发明提供基于模型预测的单相接地故障时MMC的改进控制策略，其将MMC的控制量和采样量进行正序、负序和零序分离，并根据控制目标在α-β坐标系上建立MMC的预测模型，以此为基础利用价值函数对MMC各相上、下桥臂导通的子模块个数进行预测，最终结合排序均压算法确定各子模块的开关状态，具体包括以下步骤：

S1：将k时刻MMC的控制量和采样量进行正序、负序和零序分离，其分离过程如下：k时刻的控制量为MMC上、下桥臂的桥臂电压，分别用符号u_pj(k)和u_nj(k)表示，j＝a，b，c，代表电网电压a，b，c三相。u_pj(k)和u_nj(k)由MMC上、下桥臂导通的子模块个数决定，其可以表示为：