[发明专利]模块化多电平变换器环流二倍频四倍频分量的统一化抑制方法

说明书

本发明公开了模块化多电平变换器环流二倍频四倍频分量的统一化抑制方法。本发明针对模块化多电平换流器三相环流中的二倍频负序和四倍频正序分量，经正序基频旋转坐标变换后对应为负序和正序的三倍频谐波分量，将二者统一化处理，设计一套三倍频准比例谐振控制器，实现了模块化多电平换流器环流二、四倍频分量的统一抑制。相较于传统的环流抑制方法对于二、四倍频环流分量的抑制分别设计多个不同谐振频率的准比例谐振控制器，本发明所提方法更加简便。本发明所提方法对环流的二、四倍频分量进行统一抑制，在保证抑制效果的前提下，实现了控制器数量和控制参数设计的简化。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电功率变换领域，具体的说是涉及一种模块化多电平变换器环流二倍频四倍频分量的统一化抑制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)最早由R.Marquardt教授于2001年提出，它由多个结构相同的子模块(Sub-module，SM)级联构成。子模块的结构可以分为半H桥型、全H桥型和箝位双子模块型三种。由于MMC拓扑的桥臂子模块IGBT并不需要在同一时刻一起导通，而是随着正弦波的变化依次导通以构成正弦电压波形，因此避免了多个IGBT直接串联所带来的动态均压问题。因此模块化多电平换流器成为了在第三代直流输电技术中得到推广应用。

模块化多电平换流器各桥臂由多个子模块串联组成，比如CN104901570B就公开了一种模块化多电平换流器，包括至少一个相单元，所述相单元包括第一桥臂和第二桥臂；所述第一桥臂一端为第一直流端点P，另一端用于连接交流端点；所述第二桥臂一端为第二直流端点N，另一端也用于连接交流端点；所述第一桥臂包括至少两个储能子模块和至少一个电抗器，所述储能子模块和电抗器相串联；所述第二桥臂包括至少两个储能子模块和至少一个电抗器，所述储能子模块和电抗器相串联。

现有的模块化多电平换流器，在其正常工作时，由于其子模块电容电压波动，其桥臂间产生了环流。环流叠加在上、下桥臂之间，一方面提高了功率开关器件额定电流容量，增大了系统成本；另一方面增加了损耗，影响装置使用寿命。环流中存在二、四、六次等偶次谐波，随着谐波次数的增加，谐波含量逐渐减少，环流中仅二次和四次谐波分量占据主要成分。在设计环流抑制方法时，其它更高次谐波分量占比较少，可忽略不计。

发明内容

本发明目的是提供一种模块化多电平变换器环流二倍频四倍频分量的统一化抑制方法，方法更加简便，亦具有良好抑制效果，对改善MMC运行与输出特性具有重要意义。

一种模块化多电平变换器环流二倍频四倍频分量的统一化抑制方法，包括以下步骤：

提取模块化多电平换流器各相桥臂环流，将其中二倍频负序和四倍频正序分量的三相环流经过正序基频旋转坐标变换后分别转化为三倍频负序和三倍频正序分量；

将转换后的三倍频负序和三倍频正序分量再统一化处理，经过谐振频率为的准比例谐振控制器，三倍频谐波将获得较高的增益；

进一步获得高增益的三倍频谐波信号，再将获得高增益的三倍频谐波信号通过正序基频旋转坐标反变换得到两种能够同时抑制二倍频环流分量和四倍频环流分量的修正信号，并将修正信号叠加在调制波上，从而对模块化多电平换流器各相桥臂环流的二倍频负序和四倍频正序分量的有效同时抑制。

优先的是，本发明提取模块化多电平换流器各相桥臂环流，桥臂环流的表达式为：，、分别为i(i=A、B、C)相上、下桥臂电流瞬时值。

优先的是，本发明提取模块化多电平换流器各相桥臂环流，先通过低通滤波器来滤除环流中的直流分量，将环流中占据主导的二倍频负序和四倍频正序分量经过旋转坐标系的变换后分别转化为三倍频的负序和正序分量，其中旋转坐标系的变换矩阵T为：

其中，为基波角频率，t表征为时间量。

具体变换过程为：