[发明专利]一种模块化多电平变换器的环流抑制方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平变换器的环流抑制方法，包括以下步骤：S1、根据MMC的单相等效电路，并基于正定二次型能量函数，得到MMC环流的PCHD模型；S2、构建基于PCHD模型的MMC环流抑制无源控制器；S3、将环流的二倍频实际值与参考值输入MMC环流抑制无源控制器，以输出环流电压补偿量；S4、对环流电压补偿量进行载波移相调制，通过调制波控制MMC各相桥臂子模块中IGBT的工作状态。与现有技术相比，本发明基于PCHD模型和无源控制理论，从能量角度出发，通过能量函数整形和控制修正系统性能，有效确保MMC环流系统的渐进稳定性，控制律形式简单、鲁棒性强，环流抑制效果明显，易于解决工程实际问题。

技术领域

本发明涉及模块化多电平变换器控制领域，尤其是涉及一种模块化多电平变换器的环流抑制方法。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular multilevel converter，MMC)凭借其谐波含量少、开关损耗低、故障穿越能力强、便于模块化扩容和工业化生产等优点，广泛应用于大规模可再生能源并网领域。以三相系统为例，如图1所示，MMC的每一相包括上下两个桥臂，每个桥臂由N个相同的子模块sm级联构成，且每个桥臂均串联一个桥臂电感L_m和桥臂电阻R_m，子模块sm包括两个IGBT(S₁、S₂)和两个反并联二极管(D₁、D₂)以及一个电容C。通过脉冲信号控制两个IGBT的导通与关断，可实现子模块sm的输出电压在U_c与0之间进行切换。由于各个子模块的切入切出，使得子模块的电容电压难以达到完全均衡，引起桥臂之间电压不均衡，进而在MMC三相间形成环流，环流的存在会使得桥臂的电流峰值和有效值增大，最终影响系统的安全稳定运行，因此需要对MMC的环流进行抑制。

传统的MMC环流抑制方法通常采用线性控制方法，其未改变MMC非线性系统的本质，尤其当MMC并网存在内外扰动时，线性控制的抗扰性和鲁棒性欠佳；现有的环流抑制非线性控制方法虽能取得较好的信号控制效果，但其计算过程复杂，且没有着力解决系统内部损耗过大的问题，在能量优化方面尚有不足，不利于解决工程实际问题。

基于端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian withdissipation,PCHD)模型的无源控制方法是一种基于系统能量耗散性的新兴非线性鲁棒控制理论，能够更方便的进行能量成型和阻尼注入，因此，本发明将基于PCHD模型的无源控制方法应用到MMC环流抑制，以得到一种既有较好的鲁棒性能又无需复杂算法且便于工程应用的MMC环流抑制方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化多电平变换器的环流抑制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种模块化多电平变换器的环流抑制方法，包括以下步骤：

S1、根据MMC的单相等效电路，并基于正定二次型能量函数，得到MMC环流的PCHD模型；

S2、采用无源控制理论，构建基于PCHD模型的MMC环流抑制无源控制器；

S3、将环流的二倍频实际值与参考值输入MMC环流抑制无源控制器，以输出环流电压补偿量；

S4、对环流电压补偿量进行载波移相调制，以生成调制波，通过调制波控制MMC各相桥臂子模块中IGBT的工作状态。

进一步的，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、根据MMC的单相等效电路，得到dq旋转坐标系下的环流动态方程；

S12、分别选取状态变量、输入和输出变量，并基于正定二次型能量函数，对环流动态方程进行等效变换，得到MMC环流的PCHD模型。

进一步的，所述步骤S11中环流动态方程具体为：