CN104092395A - 一种模块化多电平换流器阀组控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化多电平换流器阀组控制方法，属于电力电子技术与直流输电领域。本发明首先根据多电平换流器系统控制器输出三相调制波计算其基波分量和二倍频分量的幅值和相角；然后采用余弦插值方法，计算出小步长的调制波基波分量和二倍频分量瞬时值，并将其合并生成小步长的调制波瞬时值；根据得到的小步长调制波瞬时值，使用最近电平调制法和子模块均压算法，输出触发脉冲。本发明针对模块化多电平换流器的系统控制器输出的大步长调制波离散序列，高精度地插入小步长调制波离散值，从而减少模块化多电平换流器的交流电压电流的谐波含量，改善直流输电系统的运行状态。

Description

一种模块化多电平换流器阀组控制方法
技术领域
本发明涉及一种模块化多电平换流器阀组控制方法，属于电力电子技术与直流输电领域。
背景技术
模块化多电平换流器(MMC)是一种新型的多电平电压源型换流器，现已成功应用于多个高压直流输电(HVDC)工程中。相对于传统电压源型高压直流输电系统(VSC-HVDC)而言，MMC-HVDC具有器件开关频率低、谐波含量少、电压等级高等优点，因此MMC-HVDC具有广阔的应用空间。
MMC控制系统是直流输电系统的核心组成部分，对电力系统的稳定运行至关重要。MMC的控制系统一般由系统控制器和阀组控制器组成。系统控制器输出调制波，阀组控制器接收调制波，产生触发脉冲。在MMC-HVDC中阀组控制一般采用最近电平调制法。最近电平调制是一种阶梯波调制方法，阶梯数(即电平数)对应桥臂投入子模块数。MMC-HVDC的子模块很多，电平数大，要求调制波离散序列步长非常小。然而系统控制器的执行周期一般在50～100微秒左右，调制波离散序列步长较大。经过最近电平调制后，MMC交流电压电流谐波含量远超出了工程要求。为了减小调制波离散序列步长，工程上有两种解决方法：第一种方法是提高系统控制器的运算速率，减小调制波离散序列步长；另一种方法是在阀组控制器中使用线性插值方法。由于硬件和嵌入式操作系统的性能限制，第一种方法的效果非常有限。线性插值方法近似逼近正弦波，当系统控制器的处理速率达不到要求时，线性插值后的调制波误差比较大，控制效果差。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器阀组控制方法，以解决MMC-HVDC的系统控制器输出的调制波离散序列步长较大，导致MMC交流电压电流谐波含量超出工程要求的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种模块化多电平换流器阀组控制方法，该阀组控制方法包括如下步骤：
1)采集多电平换流器系统控制器输出的三相调制波，根据采集到三相调制波计算其各自的基波分量和二倍频分量的幅值和相角；
2)对得到的三相调制波基波分量和二倍频分量的幅值和相角进行余弦插值运算，得到调制波基波分量和二倍频分量瞬时值，并将其合并生成调制波瞬时值；
3)根据得到调制波瞬时值采用最近电平调制法和子模块均压法输出触发脉冲。
所述步骤1)中基波分量的幅值和相角的计算过程如下：
A)采用序分量分解和派克变换对三相基波进行正负零序分解，得到正序分量Ej1_ref_step2∠θj1、负序分量Ej2_ref_step2∠θj2和零序分Ej0_ref_step2∠θj0；
B)对步骤A)中得到的三相序分量的幅值和相角采用相量求和的方法计算三相基波分量的幅值和相角Ej_ref_step3 ∠θj。
所述步骤1)中二倍频分量的幅值和相角的计算过程如下：
a)对环流抑制器的输出值进行限幅修正得到三相调制波的二倍频分量；
b)对得到二倍频分量进行派克变换，得到三相调制波二倍品分量的幅值和相角Udiff_j_ref_step2∠αj。
所述步骤2)中采用的余弦插值运算过程为：当已知该余弦波形的幅值为A0，频率为f0，相角为θ0，执行周期为Δtμs时，第k个程序周期所插入的离散点为A0cos(θ0+360°×f0×k×Δt×10-6)。
本发明的有益效果是:本发明首先根据多电平换流器系统控制器输出三相调制波计算其基波分量和二倍频分量的幅值和相角；然后采用余弦插值方法，计算出小步长的调制波基波分量和二倍频分量瞬时值，并将其合并生成小步长的调制波瞬时值；根据得到的小步长调制波瞬时值，使用最近电平调制法和子模块均压算法，输出触发脉冲。本发明针对模块化多电平换流器的系统控制器输出的大步长调制波离散序列，高精度地插入小步长调制波离散值，从而减少模块化多电平换流器的交流电压电流的谐波含量，改善直流输电系统的运行状态。
附图说明
图1是本发明提供的阀组控制方法总体方案框图；
图2是本发明提供的阀组控制方法的系统控制器控制流程图；
图3是本发明实施例中A相阀组的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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。
图1是本发明提供的阀组控制方法总体方案框图，模块化多电平换流器MMC的控制系统一般由系统控制器和阀组控制器组成。，统控制器输出调制波，阀组控制器接收调制波，产生触发脉冲。本发明实施例中系统控制器的程序执行周期为100微秒，阀组控制器的程序执行周期为0.01微秒。系统控制器输出三相调制波并计算其基波分量和二倍频分量的幅值和相角；阀组控制器接收调制波基波分量和二倍频分量的幅值和相角，输出触发脉冲。本发明的具体实施过程如下：
1.采集多电平换流器系统控制器输出的三相调制波，并计算三相调制波的基波分量和二倍频分量的幅值和相角。具体包括以下步骤：
A.对系统控制器中内环控制器的输出值进行限幅修正，得到后调制波基波分量ej_ref_step1(j表示a,b,c三相)；
B.使用序分量分解方法和派克变换对三相基波ej_ref_step1进行正负零序分解，得到正序分量Ej1_ref_step2∠θj1、负序分量Ej2_ref_step2∠θj2和零序分量Ej0_ref_step2∠θj0；
C.使用相量求和原理，根据三相序分量的幅值和相角求出三相基波分量的幅值和相角Ej_ref_step3∠θj；
D.对系统控制器的环流抑制器的输出值进行限幅修正，得到三相调制波的二倍频分量udiff_j_ref_step1；
E.使用派克变换，求出三相调制波二倍频分量的幅值和相角Udiff_j_ref_step2∠αj。
2.对得到的三相调制波基波分量和二倍频分量的幅值和相角分别进行余弦插值运算，计算出小步长的调制波基波分量和二倍频分量瞬时值，并将其合并生成调制波瞬时值。
余弦插值方法针对余弦变化趋势的大步长离散序列插值，对于具有余弦变化趋势的大步长离散序列而言，当已知该余弦波形的幅值为A0，频率为f0，相角为θ0，程序执行周期(小步长)为Δtμs时，第k个程序周期所插入的离散点为A0cos(θ0+360°×f0×k×Δt×10-6)。显然，对于具有余弦变化趋势的离散序列而言，线性插值方法存在一定的误差，而余弦插值方法没有误差。
3.阀组控制器根据得到的小步长调制波瞬时值采用最近电平调制法和子模块均压法输出触发脉冲，控制各相阀组。
三相阀组控制方案相同，本实施例以A相阀组控制控制过程为例进行说明。如图3所示，A相阀组控制控制流程如下：
使用余弦插值法，根据A相调制波基波分量的幅值和相角，计算当前程序周期内的调制波基波分量瞬时值。
使用余弦插值法，根据调制波二倍频分量的幅值和相角，计算当前程序周期内的调制波二倍频分量瞬时值。
使用MMC控制原理，根据当前程序周期内的调制波基波分量和二倍频分量瞬时值计算调制波瞬时值。
根据当前程序周期的调制波瞬时值，使用最近电平调制法和子模块均压算法输出触发脉冲对A相阀组进行控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权力要求范围之内。

Claims (4)

1.一种模块化多电平换流器阀组控制方法，其特征在于，该阀组控制方法包括如下步骤：
1)采集多电平换流器系统控制器输出的三相调制波，根据采集到三相调制波计算其各自的基波分量和二倍频分量的幅值和相角；
2)对得到的三相调制波基波分量和二倍频分量的幅值和相角进行余弦插值运算，得到调制波基波分量和二倍频分量瞬时值，并将其合并生成调制波瞬时值；
3)根据得到调制波瞬时值采用最近电平调制法和子模块均压法输出触发脉冲。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器阀组控制方法，其特征在于，所述步骤1)中基波分量的幅值和相角的计算过程如下：
A)采用序分量分解和派克变换对三相基波进行正负零序分解，得到正序分量Ej1_ref_step2∠θj1、负序分量Ej2_ref_step2∠θj2和零序分Ej0_ref_step2∠θj0；
B)对步骤A)中得到的三相序分量的幅值和相角采用相量求和的方法计算三相基波分量的幅值和相角Ej_ref_step3∠θj。
3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器阀组控制方法，其特征在于，所述步骤1)中二倍频分量的幅值和相角的计算过程如下：
a)对环流抑制器的输出值进行限幅修正得到三相调制波的二倍频分量；
b)对得到二倍频分量进行派克变换，得到三相调制波二倍品分量的幅值和相角Udiff_j_ref_step2∠αj。
4.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器阀组控制方法，其特征在于，所述步骤2)中采用的余弦插值运算过程为：当已知该余弦波形的幅值为A0，频率为f0，相角为θ0，执行周期为Δtμs时，第k个程序周期所插入的离散点为A0cos(θ0+360°×f0×k×Δt×10-6)。
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