专利名称：一种模块化多电平变流器环流控制方法
技术领域：
本发明涉及一种模块化多电平变流器的控制方法。
背景技术：
模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是最近获得广泛关注的一种新型电力电子变流器，最早是由德国的A. Lesnicar和R. Marquardt在2002年左右提出的。模块化多电平变流器模块化且可以级联的结构决定了其特别适用于中压到高压电力电子变流的应用场合。关于模块化多电平变流器在工频运行状态下的控制方法，国内外相关研究机构已经进行了较多的研究。如
图1所示，三相模块化多电平变流器的基本拓扑结构是由三相六个桥臂构成，每相有上下两个桥臂。每个桥臂分别由一个桥臂电感和若干个结构相同的子模块级联而成。每个模块包括两个带反并联二极管的电力电子开关器件与一个直流电容。在运行过程中，控制各模块开关器件的开通与关断，可使得各模块的直流电容接入桥臂中或被旁路。通过控制直流电容的接入或旁路，能够控制各桥臂电压，从而控制交流侦U电压。模块化多电平变流器各相交流侧电流等于上下桥臂电流之差，桥臂电流为实际通过开关器件的电流。对变流器单相桥臂电流进行分析，其可分解为两部分(I)由上下桥臂分别流入交流侧，不通过另外一个桥臂的上下桥臂差模分量idm，此部分完成变流器上下桥臂子模块电容与交流侧的能量交换，其可表达为Idm = (iupy-1downy) /2 = iouty/2其中y表示交流侧电流瞬时值，iup y表示上桥臂电流，Idownj表示下桥臂电流，y=a, b, c,表示A、B、C三相。( 2 )由直流侧流入上桥臂，不通过交流侧直接流入下桥臂，最后流回到直流侧的上下桥臂电流共模分量i_—y，此部分完成直流侧与变流器上下桥臂子模块电容的能量交换，其可表达为icom_y = (iup_y+idown_y)/2在不考虑模块损耗的前提下，对变流器输入功率与输出功率进行分析，可以得到如下的关系式Pout = f u0Ut yi0Ut ydt = Pin = Udc / icom ydt式中Ptjut表示上桥臂与下桥臂向负载提供的输出功率，Pin表示直流侧向上桥臂与下桥臂提供的输入功率。上桥臂与下桥臂电流共模分量可以分为两部分直流成分i_ dc; y与交流成分
cir_yPin = Udc f icom ydt = Udc f (icom dc_y+icom_cir y) dt= Udcicom_dc yAt+Udc f icom clI ydt从上式中可以看出，直流成分承载直流侧向桥臂输送功率的作用，为有效成分。交流成分在三相之间形成环流，因此又可以被称为环流分量。实际上环流分量会增大桥臂电流的有效值，进而增大损耗。即使不考虑环流导致的对器件额定容量要求的提高，如果对这个电流不加控制，也会引起系统暂态过程中的不平衡与扰动。文献“模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析”(屠卿瑞《高电压技术》2010年02期)对环流的产生机理进行了详细研究，指出可以通过适当增大桥臂电抗的取值，将内部环流的大小限制在一定的范围内。但仅采用增大桥臂电抗的方式，只是被动地增大了环流阻抗，不可能完全消除环流，并且这种方法在实际工程应用中的成本较高。文献“模块化多电平变流器环流抑制控制器设计”(屠卿瑞，《电力系统自动化》2010年第18H57-61页)提出了一种专门用于抑制环流的附加控制器，可以在不增加桥臂电抗的情况下，将MMC内部环流抑制在非常低的水平，消除桥臂电流的波形畸变。其控制方法的理论依据是不加入控制方法时，环流分量的最主要成分是二倍频负序分量，因此该文献提出采用二倍频负序旋转坐标变换将变流器内部的三相环流分解为2个直流分量，并设计了相应的环流抑制控制器对环流中的2倍频分量进行抑制。文中仿真与实验结果表明，该方法具有一定的有效性。然而，从理论和实验都可以证明桥臂环流分量中不仅仅含有2次谐波，还含有其他偶次谐波，尤其是4次谐波不能忽略，原方法对4次谐波抑制作用有限。图2为实验中采用文献方法得到的桥臂电流 波形极其频谱分析，桥臂电流共模电流环流分量中的4次谐波仍然较为明显。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术对桥臂环流4次谐波抑制效果不佳的缺点，提出一种改进的模块化多电平变流器环流控制方法，其特征在原控制方法基础上加入四次谐波抑制控制器，可以有效抑制四次谐波。所述的四次谐波抑制控制器，其特征在于将静止坐标系下的三相桥臂电流共模分量进行四倍频正序坐标旋转变换，分别得到四倍频负序坐标系分量d轴分量和q轴分量，将所述的四倍频负序坐标系分量d轴分量和q轴分量送入PI控制器中，分别得到桥臂电压修正值在四倍频dq坐标系中的分量，再经过四倍频负序坐标反变换得到桥臂电压修正值在三相静止坐标系的分量。本发明控制方法的步骤如下:( I)测量模块化多电平变流器每相上、下桥臂电流，计算模块化多电平变流器交流侧瞬时电流Lutj:
权利要求
1.一种模块化多电平变流器环流控制方法，其特征在于原控制方法基础上加入四次谐波抑制控制器；所述的四次谐波抑制控制器是将静止坐标系下的三相桥臂电流共模分量进行四倍频正序坐标旋转变换，分别得到四倍频负序坐标系分量d轴分量和q轴分量，将所述的四倍频负序坐标系分量d轴分量和q轴分量送入PI控制器中，得到桥臂电压修正值在四倍频dq坐标系中的分量，再经过四倍频负序坐标反变换，得到桥臂电压修正值在三相静止坐标系的分量。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的控制方法包括如下步骤: (1)测量模块化多电平变流器每相上、下桥臂电流，计算模块化多电平变流器交流侧瞬时电流Lut y:
全文摘要
一种模块化多电平变流器环流控制方法，其特征在原控制方法基础上加入四次谐波抑制控制器，可以有效抑制四次谐波。所述的四次谐波抑制控制器，其特征在于将静止坐标系下的三相桥臂电流共模分量进行四倍频正序坐标旋转变换，分别得到四倍频负序坐标系分量d轴分量和q轴分量，将所述的四倍频负序坐标系分量d轴分量和q轴分量送入PI控制器中，分别得到桥臂电压修正值在四倍频dq坐标系中的分量，再经过四倍频负序坐标反变换得到桥臂电压修正值在三相静止坐标系的分量。
文档编号H02M1/12GK103078480SQ201310031168
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月27日 优先权日2013年1月27日
发明者葛琼璇, 李耀华, 雷鸣, 于洋, 王晓新 申请人:中国科学院电工研究所