CN103730898A - 一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法。包括：采集负载侧交流电压和交流电流；基于瞬时功率理论计算负载侧谐波电流瞬时值；谐波电流瞬时计算值经闭环调节得到附加控制电压指令；将附加控制电压指令与功率控制电压指令相加，作为模块化多电平换流器的电压控制指令；重新采集负载侧交流电压和交流电流。本发明可在不加装滤波器的情况下有效减小谐波源对所接交流系统造成的谐波污染，提高电网电能质量，提高系统稳定性和可靠性。

Description

一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及模块化多电平换流器的控制技术。

背景技术

随着社会的发展，现有电网结构已不能满足经济增长的需要，迫切需要对现有交流电网进行升级改造。而柔性直流输电以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点，在区域电网的互联以及城市中心负荷的电力输送等方面将发挥越来越重要的作用。另外，柔性直流输电采用地埋式直流电缆，无交变电磁场、无油污染，可以在无电磁干扰及不影响城市市容的情况下，完成城市电网的增容改造，满足城市中心负荷的需求和环保节能的要求。

当轧钢厂等谐波源负荷采用交流和模块化多电平柔性直流输电双电源供电时，由于其本身产生的谐波不仅会对交流系统产生谐波污染，也会影响模块化多电平换流器的安全稳定运行。若加装滤波器，则会增加额外投入，经济性差。

为减小谐波源对交流系统谐波污染，降低其对模块化多电平换流器的影响，需要一种既能减小谐波源对交流系统的谐波污染，又不需额外装设滤波器的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，该方法既能减小谐波源对交流系统的谐波污染，又不需额外装设滤波器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，所述的模块化多电平换流器是柔性直流输电系统中的一个或多个换流站，所述的附加功能是通过一定的控制方法使得模块化多电平换流器在传输有功功率和无功功率的同时，具有有源滤波器的功能。其特征是所述方法包括以下步骤：

步骤1：采集负载侧交流电压和交流电流；

步骤2：计算负载侧谐波电流瞬时值；

步骤3：谐波电流瞬时计算值经闭环调节得到附加控制电压指令；

步骤4：将附加控制电压指令与功率控制电压指令相加，作为模块化多电平换流器的电压控制指令；

步骤5：返回步骤1。

所述模块化多电平换流器是多端柔性直流输电系统中的一个或多个换流站。

所述与模块化多电平换流站相连的其它换流站交流侧为强系统。

所述附加功能为有源滤波功能。

所述步骤2基于瞬时功率理论进行谐波电流瞬时值的计算。

所述附加功能控制采用闭环控制方法。

所述通过附加功能控制方法，模块化多电平换流器可兼具有源滤波器的功能，实时补偿负载谐波。

所述当系统中包括多个模块化多电平换流器时，多个换流器可分别采用附加功能控制方法补偿各自负载谐波电流，互不影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，可以大大减小谐波源对所接交流系统造成的谐波污染，提高电网电能质量。

（2）本发明提供的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，基于瞬时功率理论计算谐波电流瞬时值，可实时补偿负载谐波。

（3）本发明提供的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，不需加装滤波器，降低系统运行成本，经济性好。

附图说明

图1为轧钢厂双电源供电时电网结构图。

图2是本发明的控制结构框图。

图3为仿真波形.

图4为附加控制电压指令图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对发明的技术方案进行详细说明。

本发明所述的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，所述的模块化多电平换流器是柔性直流输电系统中的一个或多个换流站，所述的附加功能是通过一定的控制方法使得模块化多电平换流器在传输有功功率和无功功率的同时，具有有源滤波器的功能。

本发明以轧钢厂为谐波源负荷，采用两端模块化多电平柔性直流输电为例，进行发明方法的详细阐述。轧钢厂采用交流和模块化多电平柔性直流输电双电源供电时，电网结构如附图1所示。轧钢厂通过变压器Ts从交流系统AC1直接取电，通过模块化多电平换流站MMC1和MMC2从交流系统AC2取电，实现双电源供电。其中，Qs为轧钢厂与交流系统AC1之间的隔离开关和断路器，Q1、Q2分别为两端模块化多电平柔性直流输电系统与轧钢厂和交流系统AC2相连的隔离开关及断路器，T1、T2分别为两端模块化多电平柔性直流输电系统与轧钢厂和交流系统AC2相连的换流变压器，QD1、QD2分别为模块化多电平换流器MMC1和MMC2直流侧隔离开关，Udc1、Udc2分别为模块化多电平换流器MMC1和MMC2直流侧电压，模块化多电平换流器MMC2交流侧串联充电电阻，所述充电电阻并联旁路开关QP2。

本发明提供的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法包括：

（1）采集负载侧交流电压和交流电流；

采集轧钢厂出口处交流电压瞬时值v_la、v_lb、v_lc和交流电流瞬时值i_la、i_lb、i_lc。

（2）计算负载侧谐波电流瞬时值；

（a）采用abc→αβ坐标变换，将v_la、v_lb、v_lc和i_la、i_lb、i_lc分别变换为v_lα、v_lβ和i_lα、i_lβ；

（b）基于瞬时无功理论计算瞬时有功功率p′_l和瞬时无功功率q′_l，其中p′_l=i_lαv_lα+i_lβv_lβ，q′_l=i_lβv_lα-i_lαv_lβ；

（c）p′_l、q′_l经高通滤波器，得瞬时谐波有功功率p_l和无功功率q_l；

（d）计算谐波电流瞬时值i′_lα、i′_lβ，其中 $i_{\mathrm{l\α}}^{\′}=\frac{v_{\mathrm{l\α}}{p}_l-v_{\mathrm{l\β}}{q}_l}{v_{\mathrm{l\α}}^2+v_{\mathrm{l\β}}^2},i_{\mathrm{l\β}}^{\′}=\frac{v_{\mathrm{l\β}}{p}_l+v_{\mathrm{l\α}}{q}_l}{v_{\mathrm{l\α}}^2+v_{\mathrm{l\β}}^2};$

（e）采用αβ→abc反变换，将i′_lα、i′_lβ分别变换为i′_la、i′_lb、i′_lc，即为谐波电流瞬时值。

（3）谐波电流瞬时计算值经闭环调节得到附加控制电压指令；

（a）i′_la、i′_lb、i′_lc分别与参考值0做比较得i_lra、i_lrb、i_lrc；

（b）所得结果经比例调节器得i_lka、i_lkb、i_lkc；

（c）所得结果分别经限幅控制得到附加控制电压指令u′_la、u′_lb、u′_lc；

（4）将附加控制电压指令与功率控制电压指令相加，作为模块化多电平换流器的电压控制指令；

设模块化多电平换流器功率控制电压指令分别为u″_la、u″_lb、u″_lc，将其余附加控制电压指令u′_la、u′_lb、u′_lc相加得带有附加功能控制的电压指令

（5）返回步骤（1）。

本发明在PSCAD/EMTDC平台上搭建了n=4的模块化多电平换流站等效模型，该模型中的主回路参数仅为验证本专利所述方法的正确性。轧钢厂以晶闸管整流电流代替，轧钢厂直接相连的交流系统AC1电压为3.6kV，模块化多电平换流站MMC1直流侧以7.2kV直流电压源代替。设轧钢厂需吸收有功功率10MW，模块化多电平换流器MMC1采用定有功功率控制方式运行，发出10MW有功功率。为突出本发明方法的效果，谐波源负载含有很高谐波。仿真波形如图2所示，ila为负载侧A相电流波形，畸变严重，ica为模块化多电平换流器输出A相电流波形，实时补偿负载侧谐波电流，isa为谐波源所连交流系统A相电流波形，经过ica的补偿作用畸变情况有效改善，图4为附加功能控制方法产生的附加控制电压指令，进一步说明本方法的有效性。

本发明中轧钢厂为谐波源代表，模块化多电平换流器通过附加功能控制方法实现谐波消除为例介绍该方法的具体实施步骤及技术思想，不能以此限定本发明的保护范围。任何牵涉到通过对模块化多电平换流器进行附加控制达到使换流器具有有源滤波功能的方法都属于本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，所述的模块化多电平换流器是柔性直流输电系统中的一个或多个换流站，其特征在于，所述模块化多电平换流器在传输有功功率和无功功率的同时，还具有有源滤波器的功能，实时补偿负载谐波；控制方法包括以下步骤：

步骤1：采集负载侧交流电压和交流电流；

步骤2：计算负载侧谐波电流瞬时值；

步骤3：谐波电流瞬时计算值经闭环调节得到附加控制电压指令；

步骤4：将附加控制电压指令与功率控制电压指令相加，作为模块化多电平换流器的电压控制指令；

步骤5：返回步骤1。

2.根据权利要求1所述的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，其特征在于，所述步骤2基于瞬时功率理论进行谐波电流瞬时值的计算。

3.根据权利要求1所述的一种用于模块化多电平换流器的附加功能控制方法，其特征在于，当系统中包括多个模块化多电平换流器时，多个换流器可分别采用附加功能控制方法补偿各自负载谐波电流，互不影响。

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