[发明专利]一种模块化多电平换流器孤岛切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器孤岛切换控制方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器MMC的柔性直流输电技术，采用全控型电力电子器件及模块化结构，在提高直流电压等级和系统容量，扩大控制灵活度的同时具有极强的可扩展性和容错性，可直接向无源负荷供电，是直流输电技术发展的趋势。

鉴于MMC输电系统大容量和高控制灵活度的优势，有时需要其在外部电网故障时不脱离输电系统而持续为区域负荷供电，保持离网运行，而当电网再次正常时，系统则需适时退出离网模式，重新并入电网恢复并网运行。为了降低电网故障对区域负荷的影响，保证负荷的可靠供电，要求MMC能快速、可靠的在并网模式与离网模式之间进行孤岛切换，且切换过程中尽可能平滑、稳定。

现有技术中没有一种稳定、可靠的孤岛切换控制策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器孤岛切换控制方法，用以解决现有技术没有可靠的孤岛切换控制方法的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种模块化多电平换流器孤岛切换控制方法，换流器控制器采用双环dq轴解耦控制，内环为换流器输出电流环，在并网控制模式时为直流电压环或交流有功、无功环的并网控制外环，在离网控制模式时为交流电压环；孤岛切换方法包括如下步骤：

1）换流器并网运行，当孤岛发生时：断开换流器与外部电网的并网联络断路器；将外环切换为离网交流电压外环，记忆切换前电流内环指令值以及电网电压幅值和相位，分别作为切换时外环调节器输出初值和交流电压指令初始值；逐渐调节交流电压指令使换流器工作在输出电压等于额定电网电压的控制模式；

2）换流器离网模式运行，当电网恢复正常时：调节换流器输出交流电压使其跟踪电网电压；当换流器输出交流电压与电网电压二者的幅值、相位差小于等于对应预定值且持续一定时间后，合上并网联络断路器；将外环切换为并网控制外环，记忆切换前换流器输出功率/直流电压以及电流内环指令值，分别作为切换时外环指令值和外环调节器输出初值；逐渐调节外环指令至参考值使换流器并网运行。

在1）中，交流电压控制环D轴指令以记忆的切换前电网电压幅值为初值，之后以一定步长逐渐调节至额定电网电压幅值；交流电压控制环Q轴指令维持0V不变；进行坐标变换时所需参考的角度以记忆的切换前电网电压相位为初值，之后以314.16rad/s的恒定角速度积分得到。

电网恢复正常后，需要首先检测电网电压幅值和相位，然后根据电网电压与换流器输出电压幅值和相位的差值关系，逐渐调节换流器交流电压环D轴指令和控制用角速度值，保证并网联络断路器两侧电压幅值和相角都相同。

母线电压为初值，之后以一定步长逐渐调节至参考值；并网控制外环Q轴指令以记忆的切换前换流器输出无功功率为初值，之后以一定步长逐渐调节至参考值；进行坐标变换时所需参考的角度为对电网电压锁相得到的角度。

变流器控制结构来实现模式切换。本发明中涉及的变流器并网运行控制方法、离网运行控制方法都是比较成熟的控制方法，通过合理的控制结构的切换即可实现变流器的孤岛切换。该方法原理简单、实现简便，确保了模块化多电平换流器在离网、并网模式之间的平滑切换，且不对本地负荷造成供电中断，满足了电力系统安全可靠、高质量电能供应的要求。

附图说明

图1是本发明的控制结构图；

图2是本发明的运行模式和控制目标示意图；

图3是坐标变换示意图；

图4是本发明的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

模块化多电平换流器系统控制结构如图1所示，换流器直流侧接入柔性直流输电系统的直流母线，交流连接本地负荷。换流器通过并网联络断路器与电网连接，当该断路器合上时，换流器并网运行，其所接入本地负荷可由换流器和电网同时供电；当该断路器断开时，换流器转为离网运行模式，其所接入本地负荷由换流器独立供电。

图1同时示出模块化多电平换流器主电路结构，主功率模块中六个桥臂各含相同数目的子模块及一个桥臂电抗器，采用三相逆变桥结构连接，其输出经过一台功率变压器将电压等级调整至电网电压。换流器在并网运行时，若需要维持直流母线电压恒定，则采用定直流母线电压结合定无功功率的控制模式，若要输送功率，则采用定有功功率和定无功功率的控制模式；换流器在离网运行时，必须稳定交流母线电压，因此采用定交流母线电压控制。