申请/专利权人：山东理工大学

申请日：2023-08-31

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN117134583B

主分类号：H02M1/00

分类号：H02M1/00;H02M1/32;H02M7/219;H02J3/00;H02J3/36

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2023.12.15#实质审查的生效;2023.11.28#公开

摘要：单向功率混合型MMC的控制方法，属于电力电子技术领域。通过定斜率的直流电压控制以及桥臂电压的差异化分配来进行可控充电阶段，使电容电压按照一定斜率充电至额定值。对于正常稳态运行，控制系统经过双闭环控制及环流抑制控制得到桥臂输出电压指令，对桥臂电压差异化分配，实现换流器的正常稳态运行。对于直流短路故障穿越，加入直流侧电流反馈控制，并且旁路类半桥子模块，使换流器能在故障发生期间稳定运行。利用上述方法，本发明可以在节省混合型MMC开关器件及改善器件损耗分布的前提下，实现单向功率混合型MMC充电、正常稳态运行以及直流短路故障穿越的全过程中的可靠运行。

主权项：1.单向功率混合型MMC控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1换流器充电阶段开始时，断开限流电阻的旁路开关，闭锁全部子模块IGBT；闭合交流侧进线开关，当全桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，使全桥子模块旁路；当类半桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，仅导通全桥子模块的右下部IGBT；若全桥子模块电容电压大于类半桥子模块电容电压，则使全桥子模块旁路，否则只导通全桥子模块的右下部IGBT；重复上述步骤至子模块电容电压稳定，闭合限流电阻的旁路开关，完成不控充电阶段；S2采用直流电压外环及交流电流内环的双闭环控制得到桥臂输出电压指令，通过对全桥及类半桥两类子模块输出电压的分配，实现两类子模块电容电压的均衡，完成子模块电容的可控充电；当全桥及类半桥子模块电容电压和换流器的直流侧输出电压均达到额定值时，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式；S3换流器正常稳态运行状态下，双闭环控制的外环切换为直流电压控制和无功功率控制，内环为交流电流控制，控制系统经过双闭环控制及环流抑制控制得到桥臂输出电压指令，对桥臂电压进行差异化分配后，根据全桥及类半桥子模块的输出电压指令以及电容电压独立排序结果，控制子模块的投切，实现换流站的正常稳态运行；步骤S3中换流器的正常稳态运行控制方法包括如下步骤：S3.1正常稳态运行模式下，通过双闭环控制、环流抑制控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用直流电压控制和无功功率控制；S3.2考虑全桥与类半桥子模块拓扑的差异性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值；S3.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容电压均衡的同时，完成分配的桥臂电压输出任务；所述正常稳态运行控制方法中，桥臂电压输出指令在不同的区间具体分配方式为： ujk,f,ref＝ujk,ref-ujk,sh,ref；其中，ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n，分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；Nsh为一个桥臂中类半桥子模块个数；UC,sh为类半桥子模块电容电压额定值；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥模组的输出电压指令值；ijk为交流侧j相k桥臂电流；ujk,ref为j相k桥臂输出电压指令值；y0为常数值；θj为j相的电压相位；θ1、θ2、θ3以及θ4可由下式求得： 其中，m为交流侧相电压幅值与额定直流侧电压比值的两倍，为功率因数角；y0可由类半桥模组的输出电压指令值与子模块电容电压额定值确定： ujk,sh,ref由类半桥及全桥子模块电容电压均衡的约束条件确定，即： S4通过采集换流器直流侧电压及电流判断直流极对极短路故障是否发生，故障发生时，控制系统由正常稳态模式转为直流短路故障穿越模式；直流短路故障穿越模式下，双闭环控制采用总体能量、无功功率的外环与交流电流的内环；同时加入直流侧电流反馈控制，对桥臂电流注入直流分量，实现桥臂电流单方向流动；并对类半桥及全桥子模块进行协调控制实现直流短路故障期间换流器的稳定运行；S5直流短路故障清除后进入直流侧电压建立阶段，直流侧电流反馈控制切换为直流侧电压爬坡指令，控制直流侧电压从零按恒定斜率恢复至额定值时，直流短路故障穿越完成，换流器由直流短路故障穿越模式转为正常稳态运行模式。

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