本发明属于电力电子控制器领域，具体涉及一种mmc子模块电压降阶状态观测方法。
背景技术：
自德国学者于2002年提出模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,mmc)拓扑结构以来，该变换器以其谐波含量少、开关频率低、易于模块化设计等特点受到学学术界和工业界的广泛关注。但mmc也有一定缺陷，大量储能电容随子模块的投切不断进行充放电，由此造成了三相桥臂电压与直流侧不匹配。这将在环流中引入大量低频谐波，增加系统损耗，减少开关器件寿命，降低系统性能及稳定性。
维持子模块电压稳定在于对mmc直流侧进行很好的控制，对应地，可以分为两个部分：桥臂平衡和子模块平衡控制。桥臂平衡控制的目的是维持整相桥臂子模块电压之和稳定于其参考值，同时使上下桥臂电压相等。子模块平衡控制的目的是维持桥臂内部所有子模块电压均相等。但注意到，桥臂平衡控制需要采集所有子模块单元的电压，并将其反馈至控制器，这将使数据采集系统变得复杂，且给系统实时控制引入大量采样值传输延时，尤其当子模块数量众多时，该延时的影响将大大降低系统的实时控制频率，甚至影响子模块的电压平衡。不仅如此，当mmc被扩展至更高电平/功率等级时，为了满足信号数量要求，信号传输系统及控制系统往往需要进行重新设计，这无疑增加了基于mmc系统二次设计成本。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出了一种mmc子模块电压降阶状态观测方法。
一种mmc子模块电压降阶状态观测方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：初始化，即在该基于mmc子模块电压降阶状态观测器中设定以下参数，所有电流、电压与功率参数均采用标么值：
设定控制器的有功功率参考p*与无功功率参考q*；
设定控制器的桥臂电压vs与桥臂电压参考值
设定控制器的桥臂等效感抗l0与等效阻抗r0；
步骤2：采集系统输出侧的各个相电压va、vb、vc以及相电流ia、ib、ic送入交流侧功率控制模块(1)，与给定的有功功率参考p*与无功功率参考q*一起在交流侧功率控制模块(1)进行计算，输出有功功率p与无功功率q以及控制信号ea，eb，ec；
步骤3：由步骤2中得到系统输出的有功功率p与无功功率q以及控制信号ea，eb，ec分别送入到k相直流侧控制模块(2)与各相参考电压生成模块(3)中；
步骤4：采集k相单元中上桥臂电流ipk和下桥臂电流ink在第二加法器中相加，再除以2得到相环流值idiffk，送入到k相直流侧控制模块(2)；
步骤5：vs观测器模块(5)输出量：
步骤501：vs观测器模块(5)的误差反馈结构中，将步骤3的无功功率q输出以及步骤4的相环流值idiffk进行计算，输出相应的控制量为
式中vdc为直流母线电压，er为vs观测误差值，carm为桥臂电容值，ω0为工频角速度，lr为桥臂电感、carm为桥臂电容、vdiffk为环流电压；
步骤502：vs观测器模块(5)的vs直接计算结构中，将步骤3的有功功率p输出以及步骤4的相环流值idiffk进行计算，输出相应的控制量为：
步骤6：环流指令生成模块(6)接收到步骤502得到的
步骤7：环流控制模块(7)接收到步骤4得到的相环流值idiffk与步骤6得到的各相环流参考值i*diffk进行计算得到桥臂环流电压值udiffk；
步骤8：将步骤7得到的桥臂环流电压值udiffk与步骤2交流侧功率控制模块(1)得到的ea、eb、ec值在k相参考电压生成模块(3)经过计算，将计算值送给信号调制模块(4)，经过调制模块生成驱动信号；
步骤9：mmc子模块基本单元模块(8)接收步骤8的驱动信号；驱动mmc子模块基本单元(8)中电力电子开关的开通与关断，这样就可以对mmc变换器子模块基本单元进行控制。
本发明基于mmc直流侧状态方程，并通过环流值的反馈，构建了桥臂电压的观测模型，完成对桥臂电压的实时估算。环流值的反馈增强了系统对参数误差的适应性，无论变换器初值处于何种状态，观测器均能快速实现对桥臂电压的精确跟踪。该方法免去对底层子模块单元进行数据采集，仅需根据输出电压/电流参数和桥臂环流值即可快速实现对桥臂电压的精确估算，从而消除直流侧控制与底层子模块单元之间的数据交换。
附图说明
图1.mmc拓扑结构图；
图2.mmc子模块电压降阶状态观测器结构图；
图3.桥臂环流计算。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明内容。图1为mmc的拓扑结构图，图中idiffk为桥臂的环流，ipk为上桥臂电流，ink为下桥臂电流。如图2为本发明所涉及基于电压估算的开环控制结构。结构特征在于它拥有交流侧功率控制模块(1)。a、b、c三相直流侧控制模块(2)，它的内部包含三个子模块分别是vs观测器模块(5)，环流指令生成模块(6)，环流控制模块(7)。a、b、c三相参考电压生成模块(3)，信号调制模块(4)，mmc子模块基本单元(8)。该发明主要特征在于直流侧控制模块内部的vs观测器模块(5)，对各相桥臂电压进行估算。如图3为桥臂环流计算图，通过采集各相上下桥臂电流值ipk、ink值，经过公式(ipk+ink)/2＝idiffk(k＝a，b，c)得到桥臂环流idiffk。采集系统输出侧的各个相电压va、vb、vc以及相电流ia、ib、ic送入交流侧功率控制模块(1)，与给定的有功功率参考p*与无功功率参考q*一起送入交流侧功率控制模块(1)，计算得到系统输出有功功率p与无功功率q，送入到各相直流侧控制模块(2)，同时也将得到桥臂环流idiffk送入各相直流侧控制模块(2)里，经过计算，就可以得出各个桥臂环流电压值udiffk，将得到的桥臂环流电压值udiffk送入到各相参考电压生成模块(3)。交流侧功率控制模块(1)得到的控制信号ea，eb，ec也送入到各相参考电压生成模块(3)。各相参考电压生成模块(3)对交流侧功率控制模块(1)与各相直流侧控制模块(2)送来的控制信号进行计算，结果送到信号调制模块(4)，信号调制模块(4)产生驱动信号，驱动mmc子模块基本单元(8)中电力电子开关的开通与关断，这样实现对mmc变换器子模块基本单元的控制。
具体步骤如下：
步骤1：初始化，即在该基于mmc子模块电压降阶状态观测器中设定以下参数，所有电流、电压与功率参数均采用标么值：
控制器的有功功率参考p*与无功功率参考q*，由操作员运行状况设定；
控制器的桥臂电压vs参考
控制器的桥臂等效感抗l0与r0等效阻抗，由操作员运行状况设定；
步骤2：采集系统输出侧的各个相电压va、vb、vc以及相电流ia、ib、ic送入交流侧功率控制模块(1)，与给定的有功功率参考p*与无功功率参考q*一起在交流侧功率控制模块(1)进行计算。
步骤3：由步骤2中得到系统输出有功功率p与无功功率q以及控制信号ea，eb，ec分别送入到各相直流侧控制模块(2)与各相参考电压生成模块(3)中。
步骤4：采集k相单元中上桥臂电流ipk和下桥臂电流ink在第二加法器中相加，再除以2得到相环流值idiffk，送入到k相直流侧控制模块(2)。
步骤5：vs观测器模块(5)输出量：
步骤501：vs观测器模块(5)的误差反馈结构中，将步骤3的无功功率q输出以及步骤4的相环流值idiffk进行计算，输出相应的控制量为
式中vdc为直流母线电压，er为vs观测误差值，μ误差增益，carm为桥臂电容值，ω0为工频角速度。
步骤502：vs观测器模块(5)的vs直接计算结构中，将步骤3的有功功率p输出以及步骤4的相环流值idiffk进行计算，输出相应的控制量为：
步骤6：环流指令生成模块(6)接收到步骤502得到的
步骤7：环流控制模块(7)接收到步骤4得到的环流值idiffk与步骤6得到的环流参考值i*diffk进行计算得到桥臂环流电压值udiffk。
步骤9：将步骤7得到的桥臂环流电压值udiffk与步骤2交流侧功率控制模块(1)得到的ea、eb、ec值在k相参考电压生成模块(3)经过计算值送给信号调制模块(4)，经过调制模块生成驱动信号。
步骤10：mmc子模块基本单元模块(8)接收步骤9的驱动信号。驱动mmc子模块基本单元(8)中电力电子开关的开通与关断，这样就可以对mmc变换器子模块基本单元进行控制。
以上举例仅是本发明的一个具体实施例子，本发明不限于以上实例。