[发明专利]基于前馈控制的MMC交流侧故障能量均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种基于前馈控制的MMC交流侧故障能量均衡控制方法，提出了一种前馈控制策略，以改善模块化多电平变换器在不平衡电网条件下的电压平衡，分析了桥臂能量与各电气信号耦合关系，并在坐标系下建立桥臂能量数学模型，前馈补偿的加入提高了交流电网对不对称故障和突发电压不平衡的抗干扰能力，通过换流器内部电流信号实现桥臂能量的灵活快速控制，增加了桥臂零序电流抑制环节，最后通过PIR控制器实现对于交流侧直流侧电流信号的无静差跟踪控制，并通过PR控制器滤除环流与直流侧电流中的2倍频分量，大大提高交流侧故障穿越能力。

本发明公开了一种基于前馈控制的MMC交流侧故障能量均衡控制方法，该方法应用于柔性直流输电领域。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压柔性直流输电技术是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，作为一项新兴技术，其相关的故障保护和控制策略还不成熟。因此研究柔性直流输电系统故障时的保护与穿越能力具有重要意义。

MMC换流器控制系统包括直流侧、交流侧及环流控制，其中最具有挑战的部分是子模块电容电压的平衡控制，目的在于实现换流器内部能量流动的平衡，包含所有桥臂总能量的控制、相间能量平衡控制及上下桥臂能量平衡控制。基于能量的控制方案由于可以闭环控制臂间能量，进而能够选择电压平衡的收敛速度，又平衡是通过作用于内部循环电流来实现的，所以使得交直流输出电流波形不受影响，因此，基于桥臂能量的控制方案越来越受到关注，现有研究主要通过对于各桥臂总能量进行均衡控制，提升子模块电容电压均压效果，并对换流器故障过程各桥臂子模块总能量变化规律进行分析，但大都只适用于稳态运行情况，基于上述分析，本文所提出的基于前馈控制的MMC交流侧故障能量均衡控制方法，改善了模块化多电平变换器在不平衡电网条件下的电容电压平衡，前馈补偿的加入提高了交流电网对不对称故障和突发电压不平衡的抗干扰能力，能有效提高交流侧故障穿越能力。

发明内容

为了提升电网故障下MMC的暂态响应及改善换流器内外部能量平衡性能，有效抑制功率波动，提升MMC交流侧故障穿越能力，本发明提供了一种基于前馈控制的MMC交流侧故障能量均衡控制方法，详细分析了MMC内部能量规律，能够实现各桥臂间的总能量均衡,有效提升桥臂间子模块电容的均压效果及交流侧故障穿越能力。

本发明提供了基于前馈控制的MMC交流侧故障能量均衡控制方法，包括：

本发明的有益效果在于：

深入分析了换流器内部的暂态能量流动规律，对桥臂能量与各电气信号的耦合关系进行了研究，建立了坐标系下的桥臂能量数学模型，在桥臂能量控制环节中前馈分量的设计能够有效抑制桥臂能量的扰动，大大提升了控制器的响应性能，同时得到换流器内部电流信号的离散化状态空间表达式，对电流信号进行独立解耦控制，本文所提控制策略无需设计锁相环节，能够实现对于换流器步骤S1：对MMC换流器内部暂态能量流动规律进行详细分析，求出单相功率表达式，并给出桥臂能量的共模分量和差模分量

步骤S2：分析桥臂能量与各电气信号耦合关系，在坐标系下建立桥臂能量数学模型，在相间能量交换与上下桥臂能量交换控制环节中添加前馈分量，有效抑制了桥臂能量扰动，通过换流器内部电流信号实现桥臂能量的灵活快速控制。

步骤S3：由于上下桥臂能量可能存在差异，可引入基频电流来平衡上、下桥臂的能量，该基频电流在三相桥臂间不对称，存在零序成分，该零序成分会流入直流母线引起直流母线波动，为抑制基频零序电流，增加零序电流抑制环节。

步骤S4：在连续时间域中得到MMC内部电流信号的离散化状态空间表达示，对所得电流信号进行独立解耦控制，通过PIR控制器实现对于交流侧直流侧电流信号的无静差跟踪控制，并通过PR控制器滤除环流与直流侧电流中的2倍频分量。

各电流分量信号参考的无静差跟踪，减小稳态误差，提高MMC交流侧故障穿越能力，提升暂态响应速度。

附图说明