[发明专利]一种模块化多电平变流器的分层控制方法

摘要

本发明提出了一种模块化多电平(MMC)变流器的分层控制方法，在现有电压电流和子模块控制方法的基础上叠加电流注入环流抑制、子模块电容电压纹波抑制和预测复合电压频率幅值恢复控制方法，分层控制分为内环基础控制和外环优化控制，适用于半桥子模块、全桥子模块和混合子模块多电平电路。内环控制包括电压电流环控制、子模块电容电压纹波控制和环流注入抑制控制，外环控制包括下垂控制和预测复合控制结构。其中，环流注入抑制控制、子模块电容电压纹波控制和预测复合控制方法为本发明所提出。发明的控制方法有助于提高系统在不同负载工况下的稳定性，改善直流输电系统输出电压和功率质量，降低模块化多电平输电系统的投资成本，提高输电系统的抗干扰能力和快速响应能力。

主权项

1.一种模块化多电平变流器的分层控制方法，其中内环控制包括电压环控制、电流环控制、环流注入控制和子模块电容电压纹波控制，实现桥臂电压稳定、子模块电容电压平衡以及环流抑制功能；外环控制包括下垂控制和预测复合控制，外环实现功率均分、主电路电压稳定、恢复频率和电压跌落以及抑制电压谐波功能；其控制方法或步骤如下：(1)提供的子模块电容电压纹波控制实现电压和桥臂电流闭环反馈控制，选择每个输出三相电压作为反馈控制的输入量，利用电压参考值Vref减去实际电压值vLij，其中i＝a，b，c，j＝1，2……2n，计算偏差为eij，其值经过PIR控制，输出值取平均，分别与环流注入控制的输出量占空比偏差Δdcir相加，输出上下桥臂的占空比调制信号；其中环流注入控制的输入量为相应相的环流，其值由上下桥臂电流ipi，ini相加取平均值得到，其中p，n分别代表上下桥臂；整个子模块电容电压纹波控制的调节输出值作为PWM发生模块的一个控制参量值，完成子模块电容电压纹波闭环控制；(2)提出的模块化多电平变流器环流注入控制为“环流输入—偏差输出”的闭环反馈控制，选择每相电路的环流iciri作为反馈控制的输入量，其中i＝a，b，c，将输入量经过dq变换与参考值比较，理论上希望系统环流为零，因此，参考值给定为icird_ref＝0,icirq_ref＝0，相应偏差值ecird，ecirq通过PIR控制器，PIR控制器输出与解耦电压uicq，uicd相加减，输出值vcird_ref，vcirq_ref经过dq逆变换输出占空比偏差Δdciri，其中i＝a，b，c；整个环流注入控制的调节输出值作为电容电压纹波控制器的部分输入量完成内部控制；(3)提出的预测复合控制和下垂控制共同作为并列于内环控制的外部控制；根据下垂控制的输出量电压幅值Edrop，ωdrop首先进行二次调节，通过PI控制器和Gcom控制反馈调节，针对过去每季度和每天的相关数据对电压幅值和相位的变动进行预测估计，计算结果为每小时的变动偏差Eest和ωest，再将偏差Eest和ωest对下垂控制的输出量进行修复；整个预测复合控制器调节输出值作为电压环控制的部分输入量，针对电压幅值和频率跌落进行反馈控制。