[发明专利]一种MMC半桥子模块电容电压纹波多尺度抑制方法

说明书

一种MMC半桥子模块电容电压纹波多尺度抑制方法，先采集交流侧三相电压信号及电流信号u_sj、i_sj，三相上、下桥臂电流信号i_pj、i_nj，直流母线电压信号u_dc，计算得到上、下桥臂的瞬时功率P_pj、P_nj的表达式，将上、下桥臂瞬时功率之和控制到零，得到环流注入值通过对上、下桥臂的调制函数s_pj和s_nj求导并令其等于0，得到调制波达到峰值所对应的时刻t_max与m₃、φ₃之间的函数关系，辅以调制比最大值和t时刻上、下桥臂投入的子模块数之和为约束条件，得到最优的注入的三次谐波。通过两种注入方式的协同可有效提高MMC的直流电压利用率，保证系统的调制波峰值不会因为环流注入而增大，从而达到更好的电容电压波动抑制效果。

技术领域

本发明涉及直流输电控制领域，具体涉及一种MMC半桥子模块电容电压纹波多尺度抑制方法。

背景技术

基于MMC(Modular Multilevel Converter)的柔性直流输电技术以其灵活的可控性、良好的稳定性、方便区域互联、模块化结构特性、损耗小等优势，成为了大容量远海风电送出的有效解决方案。MMC换流阀作为柔性直流输电技术的核心设备，其容量、电压等级随着工程需求不断提高，导致MMC换流阀的重量、占地及造价大大增加。而MMC半桥子模块中电容的体积和重量占整个子模块的60％。因此，通过抑制电容电压纹波幅值，达到减小电容参数、降低MMC换流阀的体积、重量及造价的目的是非常切实可行的。目前，国内外学者在降低MMC半桥子模块电容电压纹波幅值方面已展开了相关研究，如已公开的下列文献：

(1)J.Pou,S.Ceballos,G.Konstantinou,V.G.Agelidis,et al.Circulatingcurrent injection methods based on instantaneous information for the modularmultilevel converter[J].IEEE Trans.Ind.Electron.,2015,62(2):777–788.

该文献对MMC的不同环流参考值进行了研究，提出了一种基于输出电流瞬时值和调制信号的环流注入控制器，该控制器能准确地将电容电压均值调节到参考值，平衡上下臂之间的能量，从而减小MMC电容电压波动。

(2)李凯,赵争鸣,袁立强,等.基于能量平衡的降低模块化多电平变换器[J].电工技术学报,2017,32(14):17-26.

该文献从能量平衡的角度出发，提出了基于控制周期的注入二倍频环流的能量平衡控制策略，该策略通过在线控制使桥臂能量波动最小以降低电压波动，避免了繁琐的参数整定过程，但实质也是注入负序二倍频环流来实现。

(3)Y.Xu,Z.Xu,Z.Zhang,et al.A Novel Circulating Current Controller forMMC Capacitor Voltage Fluctuation Suppression[J].IEEE Access,2019,7:120141-120151.

该文献针对MMC电容电压波动问题，提出了一种消除电容电压二次谐波的控制器，该控制器由内外环两个控制器构成。外环控制器用于确定环流电流的参考值，内环控制器则负责将环流控制到参考值。电容电压的二倍频波动分量可由内外环控制的协同被控制到零，显著降低电容电压波动。