专利名称：：一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法
技术领域：
：本发明涉及海上风电的变流
技术领域：
，尤其涉及一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法。
背景技术：
：海上风能等可再生能源的大规模并网已成为未来电力系统及智能电网应用的发展方向。基于电压源变流器的柔性直流输电(voltagesourceconverter-highvoltagedirectcurrenttransmission,VSC-HVDC)技术，应用于海上风电场远距离传输已成为当前研究热点之一。VSC-HVDC系统对电压源变流器的容量和电压等级提出了极高要求。模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter,MMC)具备级联式变流器的特点,容易实现较多电平数目和模块化设计，并能实现直流侧的背靠背连接，是一种适用于VSC-HVDC的多电平拓扑结构。传统的MMC的有功、无功功率解耦控制方法主要有两种一、基于VSC-HVDC系统线性模型的电压定向双闭环控制方法(voltageorientedcontrol,V0C)。二、基于VSC-HVDC系统非线性模型的查询开关表直接功率控制方法(Look-up-tabledirectpowercontrol,LUT-DPC)。在目前公开的文献中所提出的电压定向控制方法主要是通过同步转速旋转坐标变换将三相交流电流转换，分解为同步旋转坐标系中的有功、无功功率电流分量，然后经过比例-积分(PI)调节器实施对有功、无功功率电流的独立控制，从而实现对MMC瞬时有功、无功功率的解耦控制。但是，该方法存在以下不足一、PI调节器设计参数过多，调整困难。采用工程整定法大都基于系统传递函数，但该类系统较为复杂，采用简化传递函数等效计算方式得到的PI参数大都偏差较大，需在现场依赖人工经验调整，系统性能无法得到保证。二、对系统参数有一定的依赖性，采用内环前馈结构要用到系统电感等参数，在实际系统中这些参数的准确性难以保证，有时偏差较大，且随着系统运行工况的不同，会有一定的变化，因此，往往造成按照标称系统参数设计的PI调节器的实际运行性能与期望性能存在偏差。三、轻型直流输电系统数学模型本身存在强耦合、非线性等特征，而PI调节器是按照系统稳态线性化模型设计的，因此，无法保证系统动态性能，调节效果不可能达到最优。在目前公开的文献中所提出的查询开关表直接功率控制方法源于交流电机直接转矩控制的思想，并应用于采用MMC的柔性直流输电系统中。该控制方法的基本原理是在一个采样周期内根据瞬时有功、无功的误差以及电网位置信号，在事先确定的电压矢量开关表中选取合适的变流器输出电压矢量，使得输出功率能够快速、精确地跟踪其给定值。相对于V0C，LUT-DPC的优点主要是动态响应快，具有较高的鲁棒性。然而，其明显不足是变流器开关频率不稳定，稳态特性不如V0C，同时，还因使用了较多的传感器，造成系统成本增加和体积庞大，且由于实际应用中丢失传感器信号，以及受到噪声干扰，造成系统性能降低
发明内容针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其通过虚拟磁链计算有功、无功功率，无需电网电压传感器，无需设计电流内环，不仅动态响应快，开关频率恒定，而且具有更好的稳态特性。为达此目的，本发明采用以下技术方案一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，包括如下步骤A、根据VSC-HVDC系统结构，建立模块化多电平风电变流器的数学模型；B、通过PI调节器处理直流电压给定值VsJe与模块化多电平风电变流器的直流电压检测值vd。的误差，获得有功电流给定值^并将该有功电流给定值I彡与直流电压检测值Vdc的乘积作为有功功率给定值P%其中，无功功率给定值q*在单位功率因数运行时为零；C、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号Iu,v,w以及其各子模块的输出电压Vju,v,w、开关函数Sju,v,w通过虚拟磁链计算模块进行处理，获得有功功率实际值P、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角Yvs;D、将步骤B中的有功功率给定值P*和无功功率给定值q%以及步骤C中的有功功率实际值P和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋转坐标系下的电压参考信号Urt和Uni；E、将步骤C中的磁链矢量的空间位置角YVs与步骤D中的电压参考信号Urd和Urtl通过三相/两相旋转坐标变换模块处理，获得三相电压参考信号u'Mf、v'ref及Vref；F、将步骤E中的三相电压参考信号u'ref>Vi,ef及W',ef与MMC电容电压平均值控制模块输出的控制量U·、Vave及Wave进行叠加处理，获得模块化多电平风电变流器的三相电压控制信号UMf、Vref及Wref;G、将步骤F中的三相电压控制信号Uref、Vref及Wref与模块化多电平风电变流器上下桥臂电流、其各子模块的电容电压inu,v,w、ipu,v,w、Uju,v,w通过MMC触发脉冲生成模块处理，获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。特别地，所述模块化多电平风电变流器中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的MCC结构。特别地，所述模块化多电平风电变流器的直流侧采用电容稳压，其交流侧设置有电抗器。特别地，所述步骤A中模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(I)所示权利要求1.一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤A、根据VSC-HVDC系统结构，建立模块化多电平风电变流器的数学模型；B、通过PI调节器处理直流电压给定值Vd^与模块化多电平风电变流器的直流电压检测值Vd。的误差，获得有功电流给定值Uf并将该有功电流给定值与直流电压检测值Vd。的乘积作为有功功率给定值P%其中，无功功率给定值q*在单位功率因数运行时为零；C、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号Iu,v,w以及其各子模块的输出电压\u,v,w、开关函数v,w通过虚拟磁链计算模块进行处理，获得有功功率实际值P、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角YΨ3;D、将步骤B中的有功功率给定值P*和无功功率给定值q%以及步骤C中的有功功率实际值P和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋转坐标系下的电压参考信号Urt和Uni；E、将步骤C中的磁链矢量的空间位置角rvs与步骤D中的电压参考信号U^1和通过三相/两相旋转坐标变换模块处理，获得三相电压参考信号U'Mf、V'%及Vref；F、将步骤E中的三相电压参考信号u'ref>ViMaM与MMC电容电压平均值控制模块输出的控制量u·、Vave及Wave进行叠加处理，获得模块化多电平风电变流器的三相电压控制信号UMf、Vref及wMf；G、将步骤F中的三相电压控制信号uMf、Vref及Wref与模块化多电平风电变流器上下桥臂电流、其各子模块的电容电压inu,v,w、ipu,v,w>uJU,v,w通过MMC触发脉冲生成模块处理，获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。2.根据权利要求I所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，所述模块化多电平风电变流器中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的MCC结构。3.根据权利要求2所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，所述模块化多电平风电变流器的直流侧采用电容稳压，其交流侧设置有电抗器。4.根据权利要求3所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤A中模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(I)所示ILeq=Ugd—Urd.Usd-ωi2il)[Leq=usq2+urq.usd+ω其中，有功功率实际值P=usd^isd，无功功率实际值q=-usd*isq,usd和usq、isd和isq、Urq和分别表示d_q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压，Leq表示模块化多电平风电变流器的等效输入电感，它包括该变流器的交流侧电抗器的电感及其桥臂的电感。5.根据权利要求4所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤C具体包括Cl、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压uM、Urb及u，其中，ura、Urb及的计算过程相同，以Ura为例，计算过程如公式(2)所示6.根据权利要求5所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤D中功率解耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环结构。7.根据权利要求6所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤F中MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电变流器的桥臂间电压，通过如下公式(7)、⑶获得控制量11“气全文摘要本发明公开一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法，其通过虚拟磁链计算有功、无功功率，将电网等效为理想电压源，与变流器输入电抗合并，网侧电源等效为一个虚拟的交流电机，认为网侧电压是由虚拟磁链感应产生的。与电压定向双闭环控制方法相比，本发明无需设计电流内环且动态响应快；与查询开关表直接功率控制方法相比，本发明无需网侧电压传感器，不仅动态响应快，开关频率恒定，而且具有更好的稳态特性。文档编号H02J3/36GK102882383SQ20121036642公开日2013年1月16日申请日期2012年9月28日优先权日2012年9月28日发明者蒋辰晖,王志新,吴杰申请人:无锡清源电气科技有限公司