[发明专利]一种模块化多电平换流器的PI无源控制方法及系统

权利要求书

1.一种模块化多电平换流器的PI无源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立基于受控源的桥臂平均模型并列出对应abc坐标系下Σ-Δ表示的微分方程；

S2、根据步骤S1建立的微分方程推导MMC桥臂平均模型的状态空间模型；

S3、利用步骤S2得到的MMC桥臂平均模型的状态空间模型建立MMC系统的端口受控耗散哈密尔顿模型；

S4、利用步骤S3得到的MMC系统的端口受控耗散哈密尔顿模型，利用无源控制理论设计闭环系统的PI无源反馈控制器，通过PI无源反馈控制器实现对模块化多电平换流器的控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S101、建立基于受控源的MMC桥臂平均模型；

S102、列写MMC桥臂平均模型abc坐标系下Σ-Δ表示的微分方程；

S103、分析各Σ-Δ变量频率组成成分，确定Δ变量表示的电气量包括基频分量，Σ变量表示的电气量包括直流量和负序二倍频分量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S102中，MMC桥臂平均模型abc坐标系下Σ-Δ表示的微分方程具体为：

交流侧电压方程：

其中，为第j相上下桥臂电流之差；为第j相桥臂调制电压；u_sj为第j相交流侧系统电压；是第j相上下桥臂调制系数之差；是第j相上下桥臂调制系数之和；是第j相上下桥臂等效电容电压之和；是第j相上下桥臂等效电容电压之差；R_f为变压器等效电阻；L_f为变压器等效漏感；L₀为上、下桥臂电感；L_eq为交流侧等效电感，R_eq为交流侧等效电阻；

环流方程：

其中，为第j相环流；U_dc为直流侧电压；

等效桥臂电容电压方程：

其中，C_arm是等效桥臂电压。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S103中，交流侧输出电流由基频分量组成，由基频分量组成；相环流由直流量和负序二倍频分量组成，由直流量和负序二倍频分量组成，且直流量的值为由基频分量组成，由直流量和负序二倍频分量组成；仅由基频分量组成，在稳态运行时由直流量和负序二倍频分量组成；采用基于abc坐标系的Σ-Δ表示的微分方程描述三相MMC系统时，Δ变量表示的电气量只含基频分量，Σ变量表示的电气量由直流量和负序二倍频分量组成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，MMC桥臂平均模型的状态空间模型具体为：

等效电容电压之和的dq0轴分量的状态方程表示为：

等效电容电压之和的dq0轴分量的状态方程表示为：

相间环流的dq0轴分量的状态方程表示为：

交流侧输出电流的dq轴分量的状态方程表示为：

其中，状态空间模型共包含10个状态变量，分别为表示系统中各等效电容电压之差的dq轴分量、电容电压之和的dq0分量、流过各电感的电流之和的dq0轴分量以及电感电流之差的dq轴分量，5个控制变量分别为模型还有3个外部输入变量U_dc、u_sd、u_sq。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，通过推出的状态空间模型将MMC的端口受控耗散哈密尔顿模型表示为

其中，x是系统状态变量；J(x)为系统内部结构矩阵；R(x)为系统耗散矩阵；g(x)为系统与外部端口交互结构矩阵；u为系统外部输入向量；y为外部输出向量，H(x)为系统能量储存函数。