一种基于虚拟电阻的MMC环流抑制控制策略

摘要

本发明涉及一种基于虚拟电阻的MMC环流抑制控制策略，属于输配电技术领域。针对目前降低MMC运行损耗，三相桥臂电阻极小，在增加环流抑制器后系统运行稳定性降低的情况，增加虚拟电阻附加控制策略。本发明通过增加桥臂电流比例负反馈控制，改变了MMC换流器传递函数，相当于增大桥臂电阻阻值，从而提高系统稳定运行能力与上下子模块电容电压自平衡能力；同时，本发明是将控制系统中的虚拟电阻映射到一次系统中，一次系统并不存在电阻，MMC系统损耗不会增大。本发明的核心技术方案是：设定虚拟电阻阻值Rvir，将桥臂电流实测值减去额定值后与Rvir相乘作为比例负反馈环节，最后将桥臂电流比例负反馈环节附加到环流电压生成环节。

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于虚拟电阻的MMC环流抑制控制策略。

背景技术

模块化多电平换流器（ModularMultilevelConverter，MMC）具有较高电力传输容量、无需大量IGBT压接串联、器件承受电压变化率低以及谐波特性较好等优点，逐渐成为柔性直流输电的发展趋势。相比于两电平VSC换流器，MMC将储能元件置于桥臂中，桥臂内部能量分布不均会导致桥臂环流的产生，大大增加换流器的损耗。目前MMC环流抑制器主要有两种：PI环流抑制器与PR环流抑制器。PI环流抑制器只能对某一频率特定序分量的环流进行抑制，控制器实现较为复杂；PR环流抑制器能够对不同频率不同序分量的环流进行抑制，控制器实现较为简单。考虑到提高输电效率，MMC三相桥臂电阻极小，换流器稳定性能较差，同时上下桥臂子模块电容电压自平衡能力较差。

发明内容

针对上述背景技术中提到换流器的稳定性较差、上下桥臂子模块电容电压自平衡能力较差的问题，为了解决上述问题，本发明采用桥臂电流比例负反馈控制作为PR环流抑制器的附加控制，通过对MMC换流器内部系统传递函数进行修正，将比例负反馈控制映射到一次系统中，等效提高了MMC的桥臂电阻，从而能够有效抑制MMC换流器内部振荡，增强MMC内部稳定运行能力与上下桥臂子模块电容电压自平衡能力。

本发明为控制系统在一次系统中的映射，本身不会增加系统的运行损耗。本发明的技术方案的特征包括以下步骤：

步骤1：利用桥臂电流传感器实时测量MMC桥臂电流，同时通过给定的有功功率计算桥臂电流额定值。

步骤2：设定虚拟电阻阻值R_vir，将桥臂电流实测值减去额定值后与R_vir相乘作为比例负反馈环节。

步骤3：将桥臂电流比例负反馈环节附加到PR环流抑制器中。

本发明通过三个步骤，能够增强MMC换流器的稳定运行能力，同时当MMC桥臂不对称运行时，增强上下桥臂子模块电容电压自平衡能力。

附图说明

图1为附加虚拟电阻R_vir的控制框图（以a相为例），图2为PR环流抑制器框图。通过PR环流抑制器得到三相桥臂补偿电压U_sumj（j=a、b、c），在三相补偿电压上附加桥臂电流比例负反馈控制环节，得到上下桥臂电压修正量，从而在传递函数中等效增加MMC三相桥臂电阻，增强MMC换流器稳定运行能力以及上下桥臂子模块电容电压自平衡能力。图3为MMC换流器传递函数框图（以2次环流为例），图4为MMC换流器传递函数的根轨迹曲线，从根轨迹曲线可以看出，随着R_vir的增大，系统稳定性逐渐增强。

具体实施方式

下面将对本发明涉及的一种基于虚拟电阻的MMC环流抑制控制策略作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明所要解决的技术问题是通过控制在桥臂上映射出虚拟电阻R_vir，增加桥臂电流比例负反馈控制增强MMC换流器稳定运行能力以及上下桥臂子模块电容电压自平衡能力。本发明采用如下技术方案实现：

本发明通过如下三步来实现：

步骤1：利用桥臂电流传感器实时测量MMC桥臂电流，同时通过给定的有功功率计算桥臂电流额定值。

步骤2：设定虚拟电阻阻值R_vir，将桥臂电流实测值减去额定值后与R_vir相乘作为比例负反馈环节：

（1）

（2）

其中：I_dcref为直流电流额定值，i_loop为桥臂电流直流分量及环流分量，i_p为上桥臂电流，i_n为下桥臂电流，i_cir为桥臂环流分量。

步骤3：将桥臂电流比例负反馈环节附加到PR环流抑制器中，MMC换流器内部闭环传递函数为：

（3）

其中：

（4）

（5）

通过虚拟电阻R_vir的增加，闭环传递函数根轨迹向实轴负方向移动，系统稳定性增强。

需要说明的是步骤1,2和3整体作为发明内容，三个步骤为有机的不可分割的整体。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。