[发明专利]一种基于滑模控制的MMC环流抑制方法

说明书

本文公开了一种基于滑模控制的MMC环流抑制的方法，可以实现对模块化多电平(MMC)装置内部环型电流的快速抑制。本技术通过进行反馈线性化将系统解耦，设计变结构控制器进行环流抑制。主要步骤包括测量上下桥臂电流，计算内部环流；将环流派克变换；测量值与参考值作差，结果代入指数趋近率计算，将计算的中间变量传递给滑模控制器，通过控制器计算可以得出环流计算电压值的交轴分量和直轴分量；通过将环流计算电压值的分量代入环流计算公式得到上下桥臂参考值电压值；将参考电压值传递给调制模块，生成调制波的触发信号，从而控制MMC中子模块的通断。实例说明设计的滑模控制器进行环流抑制时，具有较快的响应速度，抑制二倍频环流后稳定性更强。

技术领域

本发明专利涉及高压输电系统中的电力电子技术领域，主要应用于柔性直流输电中的模块化多电平环节，具体涉及一种抑制模块间环形电流的控制措施。

背景技术

随着风力发电、太阳能发电为代表的清洁能源发电技术的迅速发展，基于电压源型变换器的高压直流输电系统(voltage source converter-high voltage directcurrent，VSC-HVDC)成为电力系统技术的研究热点。采用功率开关器件直接串联技术的传统两电平变换器或者三电平变换器是提高电压型变换器的应用电压等级和系统容量的有效途径。但该类拓扑输出电压谐波含量大，往往需要体积庞大的无源滤波器，且对功率开关器件开关的一致性、动态均压特性要求很高。

模块化多电平技术(MMC)以其独有的结构特点和技术优势正成为高电压等级输电领域的研究热点，其不仅继承传统级联式拓扑在器件数量、模块化结构方面的优势，并且拥有高度模块化结构，易于冗余工作设计，具有良好的故障穿越能力和恢复能力等优点。然而，MMC虽然拥有上述诸多优点，但是由于其自身拓扑的原因也会引起一些新的工程问题。

由于MMC三相相单元相当于并联在直流侧，而其作为储能的模块电容分布在各个子模块当中，在稳态运行时各个桥臂间的电压无法实现完全一致，因此每个桥臂中都将会出现内部环流。环流叠加在上下桥臂的电流中，如果不采取专门的辅助控制策略，一方面将提高功率开关器件额定电流容量，增大了系统成本；另一方面增加了损耗，并使功率开关管发热严重，甚至烧毁，影响装置使用寿命。因此，开展环流的机理分析，提出抑制环流的有效控制方法具有重要的理论和工程意义。本发明提出了一种基于滑模控制的环流抑制方法。

发明内容

为了克服传统环流抑制方法中PI控制不能有效对交流实现无静差跟踪，并且对与系统扰动下的鲁棒性较差，本发明提出一种基于滑模控制的方法来设计环流抑制器，滑模控制具有优良的鲁棒性、参数不敏感性和优越的动态响应，实现对模块化多电平子模块间的环型电流有效抑制，同时在系统出现异常扰动时仍具有较好的鲁棒性。

本发明专利所采用的技术方案是：对于模块化多电平(MMC)有6个桥臂，每个桥臂都是由n个相互连接且相同的子模块和一个换流电抗器L串联而成。子模块(sub module，SM)的构成包括两个绝缘栅双极型晶闸管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、续流二极管组和一个储能电容。MMC的内部环流是由于各相上下桥臂电压彼此不一致引起的，且该环流主要为两倍频负序分量，其他高次谐波分量可以忽略。因此，环流实际是有直流电流分量和二倍频负序分量叠加而成。据模块化多电平(MMC)内部环流的二倍频负序特征和MMC的拓扑结构特点，通过反馈线性化将非线性耦合系统解耦，引入鲁棒性较好的变结构滑模控制，设计环流抑制器，给出基于滑模控制器的环流抑制策略，实现对MMC桥臂环流的快速有效抑制，改善变换器电流波形，提高系统的整体运行性能。

步骤如下：

(1)测量某相的上下桥臂电流，通过公式计算得出环流电流大小。

(2)将环流电流进行派克变换，分解成交轴分量和直轴分量，并将非线性方程进行反馈线性化解耦。