模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法及其应用与流程

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法及其在架空直流输电系统中的应用。

背景技术：

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)技术具有结构模块化、易于扩展等优点，自提出以来，在工业界得到了广泛的应用。截止到目前，世界上所有投运的MMC高压直流输电工程均是采用基于半桥子模块的半桥型MMC技术或者与半桥子模块(Half bridge sub-module,HBSM)同型的级联两电平(Cascaded two level,CTL)技术。但半桥型MMC和CTL都存在不能应对直流故障的问题。在输电线路发生直流故障后，交流系统将通过半桥型MMC和CTL的续流二极管持续给故障点提供故障电流，通常需要换流器所联接的交流断路器从而切除直流故障电流。因此，现有工程大多采用直流电缆进行输电以减少直流故障发生的概率。

随着直流输电技术的进一步发展，柔性直流输电系统的电压、容量等级越来越高，传输距离越来越远，这使得采用架空线远距离传输成为必然趋势。直流架空线路故障率较高，且大都为瞬时性故障，采用开断交流断路器从而切断直流故障电流的方法将大大增大系统中断供电的时间以及恢复供电的时间，危及电力系统的安全稳定运行并因中断供电可能造成重大经济损失与社会问题。

为了应对直流故障问题，一种有效的方法是采用半桥型子模块与全桥型子模块串联而成的混合型MMC。发生直流故障时，通过闭锁混合型MMC的电力电子器件驱动信号从而阻断直流故障电流，防止开断交流断路器。上述闭锁的方法要求混合型MMC中断运行，并且在直流故障阻断后，需要重新启动混合型MMC，其故障隔离时间与恢复供电时间仍然较长。

为了克服上述问题，防止在直流故障期间闭锁混合型MMC，专利文献CN104300569A公开了一种混合型MMC的直流故障穿越控制方法，其特征在于发生直流故障时，实时监测直流侧残余电压值，根据直流电压残余电压值与MMC每相所需要输出的交流电压参考值，计算得到每相中，上、下桥臂全桥子模块等效电压源以及半桥子模块等效电压源的参考电压值。孔明等人发表的学术论文“子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略”(孔明，汤广福,贺之渊.子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(30):5343-5351)中提出了一种混合型MMC的直流故障穿越控制策略，其在直流故障期间，将桥臂输出电压参考值的直流分量置零，桥臂输出电压全部由全桥子模块产生，半桥子模块投入的个数置零。

CN104300569A中的方案需要利用监测到的直流侧残余电压值修正每个桥臂的参考电压值，本质上是一种开环控制策略。孔明等人的方案与CN104300569的方案有类似之处，区别在于不实时监测直流侧残余电压值，而是人为地设置直流侧残余电压值为零，该两类方法的缺陷在于无法对直流电流和子模块电容电压形成闭环控制，从而存在发生过电流或子模块电容过电压的安全隐患，实际上由上述论文的图12可知，直流故障期间，直流电流值由稳态的1.6kA上升至故障瞬间8kA左右，直流过电流倍数高达5倍，可能烧毁MMC。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种架空柔性直流输电系统交直流解耦控制方法，其通过重新设计现有的MMC控制架构，使得正常运行以及直流故障期间，架空柔性直流输电系统的各个换流站的交流电流，直流电流和子模块电容电压均被控制在安全范围内，实现架空柔性直流输电系统的直流故障穿越。

一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，用于实现部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器在交流故障和/或直流故障下的不间断运行，其特征在于，该控制方法包括

在电流内环控制中增加直流电流控制，使得所述电流内环控制包括交流电流控制和直流电流控制，从而可使得所述交流电流控制的输出和直流电流控制的输出共同作为所述模块化多电平换流器各相桥臂的输出电压参考值的主要分量；

分别控制所述交流电流控制和直流电流控制的参考值，同时控制所述交流电流控制和直流电流控制的输出，即可实现对所述主要分量的控制，进而可实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁。

作为本发明的进一步优选，所述交流电流控制的参考值包括交流有功电流参考值和交流无功电流参考值两个分量，其中将交流有功电流参考值设置为MMC能量控制的输出，其中所述MMC能量控制用于将表征MMC所存储能量的物理量控制至对应的参考值。

作为本发明的进一步优选，所述直流电流控制的参考值被设置为直流外环控制的输出，其中所述直流外环控制用于控制与直流功率相关的量，优选是直流功率或MMC的直流端口电压。

作为本发明的进一步优选，还包括在直流外环控制的输出上叠加附加直流电流参考值，其中在子模块平均电容电压高于电容电压上限值时该附加直流电流参考值为正值，当子模块平均电容电压低于电容电压下限值时该附加直流电流参考值为一负值；其中，整流方向为交流电流的正方向，MMC向直流线路注入电流为直流电流的正方向的。

作为本发明的进一步优选，所述附加直流电流参考值由上限幅环和下限幅环的输出叠加而成，其中所述上限幅环的输入为子模块平均电容电压与电容电压上限的差值，该差值经比例-积分器后得到所述上限幅环的输出；所述下限幅环的输入为子模块平均电容电压与电容电压下限的差值，该差值经比例-积分器后得到所述下限幅环的输出；其中，所述上限幅环的积分器的上限设置为一正值，下限设置为零；所述下限幅环的积分器的上限设置为零，下限设置为一负值。

作为本发明的进一步优选，所述直流电流控制的参考值被设置为MMC能量控制的输出，其中所述MMC能量控制用于将表征MMC所存储能量的物理量控制至对应的参考值。

作为本发明的进一步优选，所述交流有功电流参考值被设置为交流有功外环控制的输出，所述交流有功外环控制用于用于控制与有功功率相关的量，优选是交流有功功率、频率、直流功率、MMC的直流端口电压。

作为本发明的进一步优选，还包括在交流有功外环控制的输出上叠加附加有功电流参考值，其中在子模块平均电容电压高于电容电压上限值时该附加直流电流参考值为一负值，在子模块平均电容电压低于电容电压下限值时该附加直流电流参考值为一正值；其中整流方向为交流电流的正方向，MMC向直流线路注入电流为直流电流的正方向的。

作为本发明的进一步优选，所述附加有功电流参考值由上限幅环和下限幅环的输出叠加而成，其中所述上限幅环的输入为电容电压上限值与子模块平均电容电压的差值，该差值经比例-积分器后得到“上限幅环”的输出，所述下限幅环的输入为电容电压下限与子模块平均电容电压的差值，该差值经比例-积分器后得到“下限幅环”的输出；其中所述上限幅环的积分器的上限设置为零，下限设置为负值，“下限幅环”的积分器的上限设置为正值，下限设置为零。

作为本发明的进一步优选，所述将表征MMC所存储能量的物理量控制至对应的参考值包括但不限于将MMC所有子模块电容的储能总和控制至对应的参考值、将MMC所有子模块的平均电容电压控制至参考值、将MMC所有可输出负电平的子模块电容的储能总和控制至对应的参考值，以及将MMC所有具备输出负电平能力的子模块的平均电容电压控制至对应的参考值。

作为本发明的进一步优选，所述交流电流控制的输出为MMC交流输出电压的参考值，所述直流电流控制的输出为MMC直流输出电压的参考值的一半。

作为本发明的进一步优选，各相上桥臂输出电压参考值的主要分量(即来自电流内环控制的分量)为所述直流电流控制的输出与交流电流控制的输出之差，各相下桥臂输出电压参考值的主要分量为所述直流电流控制的输出与交流电流控制的输出之和。

作为本发明的进一步优选，在发生直流故障时，将所述直流电流控制的输出快速减小实现对所述主要分量的控制，进而实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁。

作为本发明的进一步优选，将所述直流电流控制输出快速减少通过将上述直流电流控制中的积分器清零或将其初始值设置为一下限值，使得积分器在零初始值或负初始值上重新开始积分，从而实现快速减小所述直流电流控制的输出。

作为本发明的进一步优选，在发生直流故障时，将所述交流有功电流参考值快速改变置零附近，进而实现减小交流侧给模块化多电平换流器充/放电，防止模块化多电平换流器发生持续过压/欠压。

作为本发明的进一步优选，所述快速改变交流有功电流参考值置零附近优选地是将MMC能量控制的积分器清零，使得积分器在零初始值上重新开始积分。

作为本发明的进一步优选，各桥臂输出电压参考值还包含环流抑制控制器输出参考电压取反后的量。

作为本发明的进一步优选，还可在所述直流电流控制的输出上叠加实测得到的换流器直流输出端口的直流电压值，从而提高响应速度。

作为本发明的进一步优选，还可通过增大MMC直流侧的电感限制直流故障发生时刻至直流电流控制器开始起作用时段内MMC直流电流的增加量。

按照本发明的另一方面，提供一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在两端或多端架空柔性直流输电系统中的应用，其中，所述两端或多端架空柔性直流输电系统的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的MMC，所述部分子模块具备输出负电压能力的MMC均采用所述的控制方法进行控制。

按照本发明的另一方面，提供一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在两端架空柔性直流输电系统中的应用，其中，所述两端架空柔性直流输电系统每端的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的MMC，指定其中任一端的换流站为直流电压控制站且另一端换流站为功率控制站，并在两个换流站中的部分子模块具备输出负电压能力的MMC均采用所述的控制方法进行控制，以通过降低直流电压控制站的直流电压控制的参考值从而实现降低所述两端架空柔性直流输电系统的直流运行电压。

按照本发明的另一方面，提供一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用，其包括在监测到直流故障发生时，将所述直流电流控制的参考值直接设置为从直流线路侧吸收直流电流，从而快速熄灭故障电弧。

作为本发明的进一步优选，所述直流线路侧吸收直流电流为额定直流电流的-0.1～-0.3倍。

按照本发明的另一方面，提供一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用，在恢复供电过程中，将整个柔性直流输电系统的任一个或多个MMC的直流电流控制的参考值设置为较小的正值，替换直流外环控制，若经过一段时间后直流电压上升至超过一定值，则判断直流故障已清除，而后将使能各换流站的外环控制器，实现柔性直流输电系统的快速恢复供电的方法。

按照本发明的再一方面，提供一种将部分子模块具备输出负电压能力的MMC退化为半桥型MMC的运行方法，其特征在于，所述部分子模块具备输出负电压能力的MMC采用所述的控制方法进行控制，其中正常运行时维持直流电流控制的输出为额定直流电压，而在直流故障时进行直流电流控制。

总体而言，本发明的控制方法相比与现有技术，具有如下技术效果：

(1)发明的交直流解耦控制方法共包含交流电流控制和直流电流控制两个电流内环控制，两个电流内环控制确保交流电流以及直流电流在任何运行工况下均处于闭环控制状态，从而确保直流故障期间，换流站的半导体器件不发生过电流，避免电力电子器件在直流故障期间因过电流而损毁；

(2)本发明的方案在正常运行及直流故障时，控制逻辑一致，无需利用实测的直流电压残余值或者监测得到的故障信号，并将桥臂输出电压的参考值更改至故障状态下对应的值，即无需将控制器从正常工作状态下的控制器切换至故障状态下的控制器，从而使得控制简单可靠。

(3)本发明的方案还可应用于两端架空柔性直流输电系统及多端架空柔性直流输电系统中，适用于架空柔性直流输电系统的常规控制、直流故障状态下的控制，以及主动熄弧、快速重启动、降低直流电压运行、架空柔直系统退化为常规半桥MMC的运行等的控制。

附图说明

图1是现有技术中的一种典型的全桥型模块化多电平换流器拓扑；

图2是现有技术中的一种典型的交叉级联型模块化多电平换流器拓扑；

图3是由全桥型子模块半桥型子模块构成的混合型MMC拓扑；

图4是由交叉级联型子模块半桥型子模块构成的混合型MMC拓扑；

图5是现有的模块化多电平换流器典型控制拓扑；

图6是本发明一个实施例的利用交流有功电流控制子模块平均电容电压的交直流解耦控制原理结构图；

图7是本发明另一个实施例的直流解耦控制原理结构图；

图8是本发明又一个实施例的利用直流电流控制子模块平均电容电压的交直流解耦控制原理结构图；

图9是本发明再一个实施例的交直流解耦控制原理结构图；

图10是由半桥全桥混合型MMC构成的两端直流输电系统示意图；

图11是对本发明实施例的交直流解耦控制方法的瞬时性直流故障仿真结果图；

图12是对本发明实施例的交直流解耦控制方法的永久性直流故障仿真结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1～图4为现有技术中典型的可适用于本发明所提出的控制方法的MMC拓扑。如图1～4所示，其中图1为全桥型MMC，每个桥臂均由多个全桥子模块串联而成。图2为由交叉级联型子模块构成的MMC拓扑，图2每个桥臂均由多个交叉级联型子模块串联而成。图3为由全桥子模块与半桥子模块构成的混合型MMC拓扑，其每个桥臂均由多个半桥子模块与多个全桥子模块串联而成。图4为由交叉级联型子模块与半桥子模块构成的混合型MMC拓扑，其每个桥臂均由多个半桥子模块与多个交叉级联子模块串联而成。上述MMC拓扑其共同特征在于每个桥臂均包含了可输出负电压的子模块(如全桥子模块和交叉级联型子模块)，本发明的控制方法适用于各种桥臂具备输出持续负电压能力的MMC拓扑。桥臂具备输出持续负电压能力的MMC一般应用于架空柔性直流输电系统，但本发明的控制方法不限于此，例如同样适用于采用直流电缆或直流电缆与直流架空线混联线路的柔性直流输电系统。

本发明各实施例中所涉及的各主要变量或缩写的物理意义列于下表1中。

表1本发明实施例所涉及的各主要变量、缩写物理意义

图5是现有模块化多电平换流器的典型控制器，主要由有功外环控制，无功外环控制，交流电流控制，换流抑制控制构成，其桥臂输出电压参考值的直流分量固定为额定直流电压的一半或者在故障时切换至其他开环值，导致的问题是，直流故障期间无法有效控制直流故障电流。

图6为本发明一个实施例的控制方法所对应的控制原理图，如图6所示，该实施例控制方法中引入了直流调制比Mdc，将直流调制比与额定直流电压Vdcn相乘即得到MMC的输出直流电压参考值。现有的MMC控制器(如图5)一般仅包含d轴调制比Md和q轴调制比Mq，而本实施例的控制方法除了包含Md、Mq，还包含了Mdc，增加了一个控制自由度，从而使得架空柔性直流输电系统能同时控制交流有功电流Id，交流无功电流Iq和直流电流Idc。而已有的MMC控制器在电流内环控制层面仅包含交流电流控制(即只能控制交流有功电流和交流无功电流)。

根据MMC基本理论，当桥臂环流被充分抑制时，桥臂电流的表达式为iarm＝idc/3+iac/2，其中iarm、idc、iac分别代表桥臂电流、直流电流、以及MMC各相交流电流。当桥臂电流过高(例如超过桥臂电流额定峰值的两倍)，MMC将因桥臂过电流而闭锁。已有的控制方法可以确保MMC不发生交流过电流，但由于没有控制直流电流的回路，无法确保不发生直流过电流。而本实施例所提出的控制方法会同时控制交流电流和直流电流，从而确保任何工况下，MMC的桥臂均不发生过电流。

调制比Mdc控制直流电流的原理在于通过利用闭环反馈控制MMC的输出直流电压从而精确控制直流电流。为了使得Mdc能够精确控制直流电流，MMC的子模块电容电压需要维持恒定，本实施例方案中设计了MMC能量控制(例如图6的子模块平均电容电压控制)，利用交流有功电流将MMC能量控制在参考值。本发明各实施例中优选设定整流方向为交流电流的正方向，MMC向直流线路注入电流为直流电流的正方向。子模块平均电容电压可以通过对所有子模块的电容电压求和后再除以子模块总数而得。直流故障期间一般仅投入能输出负电压的子模块，故为提高MMC能量控制的响应速度，子模块平均电容电压也可以由所有具备输出负电压能力的子模块电容电压之和除以具备输出负电压能力的子模块总数得到。在正常运行状态下，MMC的子模块电容电压均压控制算法将自动维持所有子模块的电容电压均在子模块电容电压平均值的参考值附近。

如图6所示，本实施例中“直流电流控制”部分的输出为MMC输出直流电压的参考值的0.5倍，“交流电流控制”部分的输出为MMC输出交流电压的参考值。各相上桥臂输出电压参考值取为MMC输出直流电压的参考值的0.5倍减去MMC输出交流电压参考值，各相下桥臂输出电压参考值取为MMC输出直流电压的参考值的0.5倍与MMC输出交流电压参考值。通过“调制与均压控制”，使得MMC各桥臂输出对应的桥臂输出电压参考值即可实现对交流电流与直流电流的精确控制。

图6其余的“无功外环控制”，“直流外环控制”，“环流抑制控制”，“调制与均压控制”均为公知技术，其技术细节不赘述。由于本实施例的控制方法可以使得MMC的交流输出电压与MMC的直流输出电压解耦，也可以称为交直流解耦控制方法。

在优选实施例中，为了减小直流故障电流，在监测到直流故障后，可以将直流电流内环控制的积分器清零，或设置为直流调制比的下限，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流调制比。

在优选实施例中，为了减小直流故障期间子模块电容电压的充、放电，可以在监测到直流故障后，将MMC能量控制器的积分器清零，从而减小交流有功电流参考值的绝对值，减小交流侧对MMC子模块电容的充/放电效果。

在优选实施例中，因直流电流控制存在一定的响应延迟，为了在直流电流控制起作用前限制直流故障电流，可以适当增大MMC的直流限流电感。

图6所示的实施例中，在交流系统发生故障时，可能存在交流有功电流无法控制子模块平均电容电压的隐患，为此图7所示的另一个实施例对上述实施例的直流外环控制提出了进一步改进的技术方案。如图7所示，该实施例原理在于，在直流外环控制的输出上叠加了附加直流电流参考值ΔIref。当子模块平均电容电压高于子模块电容电压上限值时，“直流外环附加控制”将输出一个正的ΔIref从而增大直流线路从MMC吸收的能量。当子模块平均电容电压低于子模块电容电压下限值时，“直流外环附加控制”将输出一个负的ΔIref从而减小直流线路从MMC吸收的能量。

图7所述附加直流电流参考值由上限幅环和下限幅环的输出叠加而成，其中，所述上限幅环的输入为子模块平均电容电压与电容电压上限的差值，该差值经比例-积分器后得到所述上限幅环的输出；所述下限幅环的输入为子模块平均电容电压与电容电压下限的差值，该差值经比例-积分器后得到所述下限幅环的输出，所述上限幅环的积分器的上限设置为一正值，下限设置为零；所述下限幅环的积分器的上限设置为零，下限设置为一负值，这样，在正常运行时，上限幅环和下限幅环的积分器输出以及总的输出均被限制为饱和值零，上限幅环和下限幅不起作用；子模块平均电容电压超出上、下限时，上限幅环和下限幅环退出饱和状态，调节直流电流参考值从而维持子模块平均电容电压在上、下限范围内。

图8是本发明另一个实施例的控制方法，其电流内环控制与图6所示实施例完全一致，区别在于图8所示的该实施例交流有功电流参考值与直流电流参考值的产生方式不相同。图6所示实施例是利用交流有功电流控制子模块平均电容电压，利用直流电流控制与MMC有功功率相关的量(例如直流电压或直流功率)，而图8所示的本实施例则利用交流有功电流控制与MMC有功功率相关的量，利用直流电流控制子模块平均电容电压。图8所示的本实施例相比于图6所示实施例的优势在于，将“直流电流控制”禁用并维持Mdc为1时，图8所示的本实施例退化为常规的MMC控制。故而可以在正常运行禁用“直流电流控制”，只在监测到直流故障后，使能“直流电流控制”，从而简化架空柔性直流输电系统的控制方式。

发生直流故障时，即使直流电流被控制在安全范围内，子模块电容电压可能会处于不受控状态，为此，图9所示的又一个实施例给出了对图8所示实施例有功外环的改进的技术方案。本实施例的原理在于，子模块平均电容电压低于下限值时输出一个正的附加有功电流指令叠加在“有功外环控制”的输出上，子模块平均电容电压高于下限值时输出一个负的附加有功电流指令叠加在“有功外环控制”的输出上。

图10是用于仿真测试本发明所设计的控制器的有效性。图10中MMC1、MMC2的额定直流电压及额定功率均为±320kV及1000MW，MMC1与MMC2的每个桥臂均由100个全桥子模块与100个半桥子模块串联而成，每个子模块的额定电压均取为3.2kV，每个子模块的子模块电容均为5mF。正常运行时，MMC1用于控制MMC1的直流端口电压，MMC2用于控制MMC2传输的有功功率。

图11为瞬时性直流故障仿真结果图，1.0s时直流架空输电线路发生正极对负极直流故障，1.1s时，直流故障自动清除。图11(a)为MMC1的直流电压参考值与实测值，可知直流故障期间，直流电压下降为零左右，故障清除后，直流电压快速恢复到参考值。

图11(b)为子模块电容电压平均值。可知，非故障状态下，子模块电容电压平均值被控制在参考值附近，直流故障只给子模块电容电压带来10％左右的扰动。

图11(c)为直流电流参考值及实测值。可知非故障状态下，直流电流被控制至直流电流参考值，直流故障期间，直流电流仅上升为额定值的2倍，未发生严重的直流过电流。

图11(d)和(e)为d轴交流电流与q轴交流电流的参考值及实测值。可知，交流电流在正常运行与直流故障期间均被控制至各自对应的参考值。

图11(f)和(g)为MMC1的上桥臂电流和下桥臂电流。由于直流电流与交流电流均被严格控制在各自的参考值附近，故MMC的桥臂几乎不承受过电流。

图11(h)为MMC1的A相上桥臂第1～32号子模块的电容电压，可知，正常运行时，子模块电容电压达到良好均衡，直流故障期间，子模块电容电压的最高值仅从3.6kV上升至4kV。采用本发明设计的控制器，直流故障期间将不会发生子模块电容过电压。

图12为永久性直流故障仿真结果。1.0s时，架空直流输电线路发生永久性极对极直流故障,1.2s时，MMC1的无功电流指令从0阶跃至0.5pu。图12(a)为MMC1的直流电压参考值与实测值，图12(a)表明直流故障期间，MMC1的直流电压跌落至0。图12(b)为MMC1的有功功率与无功功率波形，由1.2s后的波形可知，直流故障期间，MMC仍可以向交流系统输出无功功率。图12(c)-(d)为MMC1的上桥臂电流和下桥臂电流，可知发生永久性直流故障后，MMC的桥臂也不承受过电流。图12(e)为MMC1的A相上桥臂第1～32号子模块的电容电压波形，可知，直流故障期间，MMC不会发生子模块过电压。

除非特别标明，本发明所涉及的MMC均指部分子模块具备输出负电压能力的MMC。

本发明的MMC交直流解耦控制方法适用于部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器(MMC)的控制，以保证在交流故障和/或直流故障下的不间断运行。该方案核心是在电流内环控制中增加直流电流控制，使得所述电流内环控制包括交流电流控制和直流电路控制两种，并通过分别控制交流电流控制和直流电流电流内环控制的参考值(也称为指令值)，同时控制交流电流控制和直流电流控制的输出，使得交流电流控制的输出和直流电流控制的输出共同作为所述模块化多电平换流器各相桥臂的输出电压参考值的主要分量。进一步地，通过交流电流控制和直流电流控制的共同作用可实现对换流器桥臂输出电压参考值的控制，进而实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁。

本发明的方案尤其适用于具有部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器(MMC)的架空柔性直流输电系统，即由部分子模块具备输出负电压能力的MMC构成的柔性直流输电系统，其通常为架空直流输电线路，也可以是直流电缆线路或二者的混合。例如两端或多端架空柔性直流输电系统。

本发明的上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在两端或多端架空柔性直流输电系统中的一个应用的具体方案中，所述两端或多端架空柔性直流输电系统的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器(MMC)，部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器(MMC)均采用上述的控制方法进行控制。

本发明的上述交直流解耦控制方法在两端架空柔性直流输电系统中的应用的具体方案中，其中两端架空柔性直流输电系统每端的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器(MMC)，具体指定其中任一端的换流站为直流电压控制站且另一端换流站为功率控制站，并在两个换流站中的部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器(MMC)均采用上述控制方法进行控制，以通过降低直流电压控制站的直流电压控制的参考值从而实现降低所述两端架空柔性直流输电系统的直流运行电压。

本发明的上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的一个应用的具体方案中，其包括在监测到直流故障发生时，将所述直流电流控制的参考值直接设置为从直流线路侧吸收直流电流，从而快速熄灭故障电弧。其中直流线路侧吸收直流电流优选为额定直流电流的-0.1～-0.3倍。

本发明的上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的一个应用的具体方案中，其在恢复供电过程中，将整个柔性直流输电系统的任一个或多个模块化多电平换流器(MMC)的直流电流控制的参考值设置为较小的正值，若经过一段时间后直流电压上升至超过一定值，则判断直流故障已清除，而后将使能各换流站的控制器，实现柔性直流输电系统的快速恢复供电的方法。

本发明的上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器退化为半桥型模块化多电平换流器的运行的应用中，部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器采用本发明所提出的控制方法进行控制，其中正常运行时维持直流电流控制的输出为额定直流电压，而在直流故障时进行直流电流控制。

以上所述仅为本领域的技术人员容易理解的本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。