[发明专利]一种MMC半桥串联结构微电网系统并离网切换控制方法

权利要求书

1.一种MMC半桥串联结构微电网系统并离网切换控制方法，其特征在于，其步骤为：

步骤(1)计算GM直流链电压波动时，MMC-MG系统逆变环节输出线电压；

在载波移相调制下系统输出线电压U_ab：

式中：u_dc为GM直流链电压；M为调制比；ω₀为调制波角频率；N为投入GM个数；Δu_pa为系统A相上桥臂GM直流链电压偏差量；Δu_pb为系统B相上桥臂GM直流链电压偏差量；Δu_na为系统A相下桥臂GM直流链电压偏差量；Δu_nb为系统B相下桥臂GM直流链电压偏差量；U_ab为A相和B相之间的线电压；

公式一中，令u_zab为U_ab中的直流偏差分量；令u_sab为U_ab中的基频偏差量；同理，根据上述方法可得到U_bc中的直流偏差分量u_zbc、U_ca中直流偏差分量u_zca、U_bc中的基频偏差量u_sbc、U_ca中的基频偏差量u_sca；其中，U_bc为B相和C相之间的线电压；U_ca为C相和A相之间的线电压；

步骤(2)在Δu_pa＝m，Δu_pb＝Δu_na＝Δu_nb＝0的条件下，对步骤(1)中的u_zab、u_zbc、u_zca进行线电压到相电压的变换，得到u_za、u_zb、u_zc，然后对u_za、u_zb、u_zc进行dq变换，最终变换结果为：

同理，对u_sab、u_sbc、u_sca进行变换，结果为：

公式二、三中，m为A相上桥臂电压波动量，α为相位角；

由公式二、三可知，u_zab、u_zbc、u_zca和u_sab、u_sbc、u_sca经变换后变为基频分量和二倍频分量，即不再含有直流分量；据以上分析，将系统输出电压U_a/b/c经过Park变换后，通过低通滤波器滤波得到直流偏差量；再与电容电压经dq变换后的u_Cd、u_Cq作差得到交流分量，然后经PI调节后获得电压谐波补偿量Δu_a/b/c，从而对逆变环节输出电压中含有的直流偏差分量和基频偏差量进行抑制；

步骤(3)在步骤(2)的基础上加入虚拟同步发电机控制；

在VSG调速器方程中引入同步发电机的转子运动方程，两者一起构成VSG的有功-频率调节控制，为系统提供惯性和阻尼特性，增强系统抗干扰能力，其有功—频率环表达式为：

式中：J为转动惯量；P_m为VSG的机械功率；P_e为VSG的电磁功率；D为阻尼系数；ω为VSG输出的实际角频率；ω_n为额定角频率；θ为参考电压相角；P_ref为有功功率参考值；k_ω为调差系数；

VSG模拟同步发电机的无功—电压下垂特性，调节系统无功偏差，实现对VSG输出电压的控制，其无功—电压环表达式为：

U_ref＝U₀+k_q(Q_ref-Q) (公式五)

式中：U_ref为VSG输出电压参考值；U₀为额定电压；k_q为无功调节系数；Q_ref为无功功率参考值；Q为无功功率实际值；

所述步骤(1)～步骤(3)在系统孤岛运行时起作用，以维持系统输出电压和频率稳定；

MMC-MG系统输出的多余功率需要传输至电网，即系统须并网运行时，执行以下步骤；

步骤(4)在所述步骤(1)～步骤(3)的基础上，系统孤岛转并网运行前加入预同步控制；

所述步骤(4)中：电压幅值预同步为

所述步骤(4)中：相位同步原理为

式中：U_VSG为逆变环节输出电压的幅值；θ_VSG为逆变环节输出电压的相位；U_g为大电网侧输出电压的幅值；θ_g为大电网侧输出电压的相位；U_{VSG_α}为逆变环节输出电压分解到αβ轴中α轴上的对应值；U_{VSG_β}为逆变环节输出电压分解到αβ轴中β轴上的对应值；U_{g_α}为大电网侧输出电压分解到αβ轴中α轴上的对应值；U_{g_β}为大电网侧输出电压分解到αβ轴中β轴上的对应值；k_pu为调节电压幅值时PI控制器的比例；k_iu为调节电压幅值时PI控制器的积分参数；ω^*为补偿后的角频率；k_pθ为调节电压相位时PI控制器的比例；k_iθ为调节电压相位时PI控制器的积分参数；

所述步骤(4)中的频率同步调节是在所述步骤(3)的有功—频率环中的转子运动方程上引入积分补偿，即

式中，k为频率积分补偿系数；

所述步骤(4)中相位预同步、幅值预同步、频率预同步使PCC两侧电压幅值、相位、频率趋于一致；

步骤(5)判断系统是否接收到并网信号；

系统孤岛转并网需满足条件为：

此时，不满足公式十的条件，重复执行步骤(1)～步骤(4)；满足公式十的条件，退出步骤(4)，闭合PCC，系统处于并网运行状态；

步骤(6)在MMC-MG系统输出的功率不足以传输至电网，须使系统孤岛运行，此时直接断开PCC，无需添加额外控制策略，继续执行步骤(1)～步骤(3)。