[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

说明书

本发明公开了一种模块化多电平换流器的PI无源控制方法及系统，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；根据建立的微分方程推导MMC桥臂平均模型的状态空间模型；利用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；利用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。本发明不仅能够实现MMC系统期望轨迹的有效跟踪，而且根据李雅普诺夫稳定性理论，可以保证系统的全局渐进稳定性，从而提高系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的PI无源控制方法及系统。

背景技术

以石油和煤炭为代表的化石能源正在日益枯竭，其使用效率低且对环境造成了巨大的污染，因此对新能源的开发、利用以及接入电网变得越来越迫切。柔性直流输电技术可以用来进行小容量或者大容量输送电能，更加适合于不同地区电网之间的异步互联。MMC不仅可以实现模块化的设计，还具有损耗低、波形质量高、故障处理能力强等优势，因此，这种拓扑结构是目前柔性直流输电工程的主流拓扑。

自MMC拓扑提出以来，各国学者对MMC的相关控制策略做了大量的研究。目前主流的MMC基本控制策略是矢量控制策略。矢量控制策略是在dq坐标系下利用PI控制器对换流器进行控制。矢量控制器可以分为内环电流控制器和外环功率控制器两部分。外环功率控制器根据有功功率和无功功率的参考值，计算出内环电流控制器输出电流的dq轴参考值。内环电流控制器中的输出电流控制通过调节MMC上下桥臂的差模电压，使dq轴电流快速跟踪其参考值；环流抑制控制调过调节MMC上下桥臂的共模电压，将环流抑制为零。通过得到的差模电压与共模电压，将其进行dq反变换，并进行简单的运算，然后通过相应的调制算法便可得到上下桥臂子模块的触发脉冲，从而实现对MMC的控制。这种控制方法是一种线性控制，当电网连接与弱网或交流系统发生故障时，系统很可能会发生振荡，甚至失去稳定性，而且MMC本身是一个多变量强耦合的复杂非线性系统，因此采用矢量控制存在动态响应慢、有功功率与无功功率解耦效果不佳、鲁棒性不强等明显的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种模块化多电平换流器的PI无源控制方法及系统，将功率控制与环流抑制控制同时考虑，有功功率与无功功率解耦效果更好，提升MMC系统的稳态和动态响应性能，提高系统的鲁棒性和全局稳定性。

本发明采用以下技术方案：

一种模块化多电平换流器的PI无源控制方法，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。

具体的，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。

进一步的，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：