[发明专利]模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法及控制装置

说明书

本发明公开了一种模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法及控制装置，其中，方法包括：接受模块化多电平换流器的上级控制器发送的控制指令，并根据控制指令动态计算模块化多电平换流器的交流参考电压；根据锁存虚拟电抗控制的初始值确定目标直流短路电流上升率，得到子模块电容放电指数，并叠加到交流参考电压上，以进行限幅得到桥臂参考电压；根据桥臂参考电压进行脉冲调制和直流电容电压平衡控制，生成脉冲信号进行开关控制。根据本发明实施例的控制方法，可以提高整个系统的直流故障不间断运行能力，降低由直流限流电抗带来的额外成本，避免由直流限流电抗过大引发的系统暂态性能下降和直流保护灵敏度不高问题。

技术领域

本发明涉及电力电子换流器技术领域，特别涉及一种模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法及控制装置。

背景技术

MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平换流器)属于电压源型电力电子换流器，基于绝缘栅双极型晶体管等全控电力电子器件和脉宽调制技术，能够稳定地控制有功功率和无功功率在交直流系统间传输。MMC的电路原理如图1所示。MMC包含a、b、c三个相单元，每个相单元包含两个桥臂，即上桥臂和下桥臂，总共六个桥臂。三个相单元并联在直流正极和直流负极之间，三个相单元的上桥臂和下桥臂的中间点联接三相交流系统。每个桥臂由N个子模块串联组成。每个子模块由两个绝缘栅双极晶体管S₁、S₂，两个续流二极管D₁、D₂以及一个直流电容C_d构成。MMC具有诸多技术优势，如模块化的结构，易于达到高电压等级；多电平的工作方式，利于提升传输效率；高质量的输出电压波形，不需要安装交流滤波器等，使其在直流电网中发挥重要作用，在区域电网互联、可再生能源接入等场景下受到广泛重视。

直流短路故障是MMC安全可靠运行需要解决的关键问题。直流故障不间断运行能力是直流保护对MMC提出的新要求。由于直流短路电流发展速度很快，为了在故障发生后立刻将短路电流限制在安全水平，需要在线路上增加阻值很大的直流限流电抗，给系统动态性能和稳定性带来不利影响。相关技术中，直流限流电抗优化方案主要为增加限流装置，如超导限流器、具有限流功能的直流断路器、具有限流模块的MMC拓扑等，通过投入额外元件增大故障回路阻抗，虽然有一定限流效果，但是额外成本较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法，该控制方法可以提高整个系统的直流故障不间断运行能力，降低由直流限流电抗带来的额外成本。

本发明的另一个目的在于提出一种模块化多电平换流器虚拟电抗控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法，包括以下步骤：接受模块化多电平换流器的上级控制器发送的控制指令，并根据所述控制指令动态计算模块化多电平换流器的交流参考电压；根据锁存虚拟电抗控制的初始值确定目标直流短路电流上升率，得到子模块电容放电指数，并叠加到所述交流参考电压上，以进行限幅得到桥臂参考电压；根据所述桥臂参考电压进行脉冲调制和直流电容电压平衡控制，生成脉冲信号进行开关控制。

本发明实施例的模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法，可以令MMC在不间断运行期间呈现虚拟电抗特性，直接控制短路电流的上升速度，实现短路电流的限制和直流限流电抗参数优化，提高整个系统的直流故障不间断运行能力，降低由直流限流电抗带来的额外成本，避免由直流限流电抗过大引发的系统暂态性能下降和直流保护灵敏度不高问题。

另外，根据本发明上述实施例的模块化多电平换流器虚拟电抗控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，在本发明的一个实施例中，所述控制指令包括有功功率指令、无功功率指令、直流电压指令和交流电压指令中的一项或多项。