CN106972519B - 直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法，该装置包括：谐振阻尼控制单元，用于通过控制谐振阻尼控制系数控制该直流输电系统直流网络的谐振阻尼，获得第一输出信号；直流稳压控制单元，用于控制该直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；电流内环解耦控制单元，用于控制该直流输电系统的有功功率，获得第三输出信号；NLM信号调制单元，用于将该第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，该调制信号经NLM调制后为该直流输电系统的MMC的IGBT提供触发脉冲信号，通过本发明，可实现不增加额外损耗和硬件成本抑制模块化多电平变换器型直流输电系统直流侧电压和电流的振荡的目的。

Description

直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法

技术领域

本发明涉及直流输电系统的直流侧谐振抑制领域，特别是涉及一种用于抑制模块化多电平型直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法。

背景技术

对于两电平直流微网，交流微网系统，由于电力电子器件IGBT的开通与关断，在直流侧或交流侧会产生开关频率附近的高频谐波分量，该高频谐波分量为直流侧或交流侧LC等值网络提供了激发谐振的激励源。当激励源的频率等于系统固有频率时，电压或电流会出现放大的现象，此时谐振被激发。

目前，在直流输电系统或者直流微网系统中存在另一种直流侧的谐振现象，然而，该谐振现象产生的本质和PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)谐波源激发的谐振是相同的，都是当激励的频率恰好等于系统固有频率时谐振激发。但是，其机理有所不同。当直流输电系统启动时，或者发生功率阶跃扰动时，直流网络端口处的直流电流会存在阶跃跳变，由傅里叶分解可知，其中包含各个正弦频率的激励源，因此，无论由LC组成的直流网络固有频率为多少，谐振都会被激发。

目前，在抑制直流输电系统直流侧谐振方面，大多采用在直流侧并联安装直流滤波器，或者在直流电缆线路上串联直流电抗器，又或者通过陷波器的方法抑制直流侧电压电流谐振。然而，这些方法都存在很大的弊端：前两种方法不仅大大增加了硬件成本和系统体积和额外的硬件功率损耗，而且不能完全抑制直流侧谐振现象，并且由于增加的LC元件可能激发出新的频率点的振荡；而第三种方法其本质思想是通过回路整形的思想将直流网络阻抗频率响应特性的峰值压低进而抑制谐振，然而，它只能对特定频率次的谐振进行抑制，并且有可能增大其他频率点的谐振激发的可能性，另外，由于实际工程中的直流网络频率响应很难估计，并不能确定固有频率，因此，在实现上可行性不高，难以大面积推广。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法，以实现不增加额外损耗和硬件成本就可抑制模块化多电平变换器型直流输电系统直流侧电压和电流的振荡的目的。

为达上述及其它目的，本发明提出一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，包括：

谐振阻尼控制单元，用于通过控制谐振阻尼控制系数控制该直流输电系统直流网络的谐振阻尼，获得第一输出信号；

直流稳压控制单元，用于控制该直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；

电流内环解耦控制单元，用于控制该直流输电系统的有功功率，获得第三输出信号；

NLM信号调制单元，用于将该第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，该调制信号经NLM调制后为该直流输电系统的MMC的IGBT提供触发脉冲信号。

进一步地，该谐振阻尼控制单元包括：

第一采样单元，用于通过电流互感器采集MMC内部三相桥臂环流；

滤波单元，用于将该第一采样单元的输出经过低通滤波器得到直流分量，并与该第一采样单元采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；

有源阻尼控制器，用于将该谐振电流信号乘以谐振阻尼控制系数获得该第一输出信号。

进一步地，该第一采样单元过采样该MMC上下桥臂的电流后除以2，得到环流，经过该滤波单元利用低通滤波器得到直流分量，再用总的环流减去直流分量后得到谐振电流的高频分量，该谐振电流的高频分量经过该有源阻尼控制器的比例控制器后得到该第一输出信号。

进一步地，该第一输出信号满足如下控制规律：

其中，i_z为采样的MMC内部环流，K是有源阻尼控制器比例系数，v_damp是有源阻尼控制输出参考电压，ω_f为低通滤波器的带宽，s表示复频域的单位算子。

进一步地，该直流稳压控制单元包括：

第二采样单元，用于采样该MMC内部三相子模块的电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3，得到直流电压平均值；

PI控制器，用于实现0稳态误差控制，采样稳态直流电压信号作为该第二输出信号，并将得到的直流电压平均值和直流侧电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，稳压获得的有功控制量用来作为该第三输出信号的给定参考值。

进一步地，该电流内环解耦控制单元包括：

第三采样单元，用于采样电网侧a、b、c三相电压信号，经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必需的相位；

第四采样单元，用于采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

电流内环控制单元，用于将该PI控制器输出的有功电流参考值与实际有功电流分量相减后经过PI控制器，加上前馈信号ωLi_q后得到v_refd，同时将该实际无功电流分量与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号ωLi_d后得到v_refq，将v_refd和v_refq同时送入dq/abc变换模块进行dq/abc变换，获得该第三输出信号。

为达到上述目的，本发明还提供一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法，包括如下步骤：

步骤一，通过控制谐振阻尼控制系数控制该直流输电系统直流网络的谐振阻尼，获得第一输出信号；

步骤二，控制该直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；

步骤三，控制该直流输电系统的有功功率，获得第三输出信号；

步骤四，将该第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，该调制信号经NLM调制后为该直流输电系统的MMC的IGBT提供触发脉冲信号。

进一步地，步骤一具体包括：

通过电流互感器采集MMC内部三相桥臂环流；

将采集的环流经过低通滤波器得到直流分量，并与采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；

将该谐振电流信号乘以谐振阻尼控制系数获得该第一输出信号。

进一步地，步骤二具体包括：

采样该MMC内部三相子模块的电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3，得到直流电压平均值；

利用PI控制器实现0稳态误差控制，采样稳态直流电压信号作为该第二输出信号，并将得到的直流电压平均值和直流侧电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，稳压获得的有功控制量用来作为该第三输出信号的给定参考值。

进一步地，步骤三具体包括：

采样电网侧a、b、c三相电压信号，经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必需的相位；

采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

将有功电流参考值与实际有功电流分量相减后经过PI控制器，加上前馈信号ωLi_q后得到v_refd，同时将该实际无功电流分量与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号ωLi_d后得到v_refq，将v_refd和v_refq同时送入dq/abc变换模块进行dq/abc变换，获得该第三输出信号。

与现有技术相比，本发明一种直流输电系同直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法通过有源阻尼控制实现了不增加额外损耗和硬件成本的来抑制模块化多电平变换器型直流输电系统直流侧电压和电流的振荡的目的,其一方面减少系统成本和额外损耗，另一方面可对所有频段的谐振进行阻尼抑制，效果好，无需对直流输电系统各个部分的参数进行精确测量或估计，使得在不增加额外投资成本的情况下，对直流侧出现的电压电流振荡现象进行完全抑制。

附图说明

图1为本发明所应用之模块化多电平变换器型直流输电系统的结构示意图；

图2为直流输电系统的模块化多电平型变换器(MMC)的基本拓扑结构图；

图3为整个直流网络拓扑对应的等效电路图；

图4为图3中的等效电路进一步简化电路图；

图5为本发明控制直流电压的MMC换流站控制框图；

图6为本发明一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置的结构示意图；

图7为本发明具体实施例之谐振阻尼控制单元的细部结构图；

图8(a)为本发明具体实施例中直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制实现原理示意图；

图8(b)为本发明具体实施例之谐振阻尼控制单元的原理示意图；

图9为本发明具体实施例中直流稳压控制单元的细部结构图；

图10为本发明具体实施例中电流内环解耦控制单元的细部结构图；

图11为本发明一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法的步骤流程图；

图12为本发明采用有源阻尼控制下的物理本质示意图；

图13为采用有源阻尼控制和未采用有源阻尼控制的频率响应特性(阻抗特性)对比图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在介绍本发明之前，先介绍本发明所应用之模块化多电平变换器型直流输电系统(MMC-HVDC)的结构。图1为本发明所应用之模块化多电平变换器型直流输电系统的结构示意图。如图1所示，该模块化多电平变换器型直流输电系统(MMC-HVDC)包括交流侧大电网，换流变电站，模块化多电平型换流站(MMC)，直流电缆。

该模块化多电平变换器型直流输电系统(MMC-HVDC)的功能是将送端交流电网1的有功功率通过整个直流网络传输至受端交流电网7。整个直流网络包括2个换流变电站(2与6)，2个模块化多电平型换流站(3与5)，2条直流电缆4。送端交流电网1输出的功率至换流变电站2后通过模块化多电平变换站3后，将有功功率通过直流电缆4传输至受端的模块化多电平换流站5后，有功功率再经过受端换流变电站6至受端交流电网7。其中，直流电缆由正负极两条电缆组成。这里换流变电站2与换流变电站6和普通变电站无异，不予详述。

模块化多电平型换流站(3与5)，即模块化多电平型变换器(MMC)，其基本拓扑结构请参考图2。模块化多电平变换器(MMC)由多个子模块(SM)堆叠而成，每个子模块(SM)9包含两个IGBT、两个反并联二极管D0和一个分布式电容C，请参考图2，模块化多电平型变换器(MMC)内部的无源元件包括桥臂电阻R0，桥臂电抗器L0与子模块电容C。整个MMC包括三个相单元(a/b/c)，三个相单元在直流侧相当于并联，其直流侧等效电感，电容，电阻表达式为：

如图2所示，模块化多电平变换器(MMC)内部每个相单元包含上下两个桥臂单元8，每个桥臂单元包括N个子模块(SM)和1个桥臂电阻R0和1个桥臂电感L0，每个子模块包括两个带有反并联二极管的IGBT和一个分布式的子模块电容C。作为无源元件的2个桥臂电阻R0和2个桥臂电感L0相当于串联连接，而三个相当于相当于并联连接，因此R_eq＝2R₀/3，L_eq＝2L₀/3。由于每个相单元包括2N个子模块，每个子模块包括一个容值为C的电容，由电容储存的能量守恒可将6N个子模块等效为一个电容C_eq＝6C/N。

请继续参考图1，整个直流网络的谐振回路方向与直流电流的方向一致，由于直流输电线路压降很小，故整个直流网络的无源RLC可看作并联连接，因此，直流侧谐振属于并联谐振。图3为整个直流网络拓扑对应的等效电路图，其中，10为整流站MMC等效电路(送端)，11为直流电缆等效电路，12为逆变站MMC等效电路(受端)，实际工程中直流电缆中的RLC元件是取决于频率的，然而，为了简化分析，用集中参数等值，不失准确性。由图3可知，该直流网络是一个高阶系统，包含多条支路。为了得到直流网络的阻抗频率响应特性，可通过建立直流网络的状态空间模型，来求得从左侧端口看进去的戴维宁等效阻抗。图4为图3中的等效电路进一步简化电路，13为整流站MMC等效电路(送端)，14为直流电缆等效电路，15为逆变站MMC等效电路(受端)，令MMC直流侧等效RLC支路为电容C，则可表示为：

通过直流网络中列写两个KCL(基尔霍夫第一定律)，一个KVL(基尔霍夫第二定律)方程可求得状态空间：

进而得到：

G(s)＝C(sI-A)^-1B+D

Δx表示状态空间表达式中的三维状态向量，Δu为状态空间的输入，Δy为状态空间的输出。矩阵A表示状态矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵，D为传递矩阵。C_t为直流网络直流侧等效电容，L为电缆等效电感，R为电缆等效电阻，Δe₁,Δe₂,Δi_dc分别为端口1的小信号直流电压，端口2的小信号直流电压，以及流经直流电缆的小信号直流电流，G(s)为直流网络的状态空间，也表示其传递函数。

Δi₁ ^*表示流经MMC的直流电流的小信号增量(运行点附近)。因此，可将其看作直流网络的输入，而输出则为端口1的直流电压。当直流输电系统启动瞬间，或者当功率发生阶跃突变，Δi₁ ^*均可近似等效为阶跃输入，由傅里叶分解可得各个频率点的正弦量，故包含激发直流网络谐振的激励源。

图5为本发明控制直流电压的MMC换流站控制框图，其中，16为直流电压控制环，17为电流内环控制(为跟踪交流电流)，18为NLM(Nearest Level Modulation，最近电平逼近)调制过程触发MMC的IGBT。如图5所示，VCC全称为Vector Current Control，为直流输电系统MMC换流站的电流内环矢量控制。控制框图中e₁ ^*为直流电压的给定参考值，e₁为采样直流电缆两端的实际直流电压值，v_abc,i_abc分别为采样的变压器阀侧三相交流电压和三相交流电流。v_d,v_q,i_d,i_q分别表示三相交流电压和三相交流电流通过abc/dq变换模块后得到的电压电流的d轴和q轴分量。分别为电流内环输出的内电势参考值，该参考值经过dq/abc变换得到abc坐标系下的调制参考电压，为MMC桥臂的NLM(Nearest Level Modulation，最近电平逼近)调制提供交流电压分量。

图6为本发明一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置的结构示意图。如图6所示，本发明一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，包括：谐振阻尼控制单元601、直流稳压控制单元602、电流内环解耦控制单元603以及NLM信号调制单元604。

其中，谐振阻尼控制单元601，用于控制直流输电系统直流网络的谐振阻尼，获得第一输出信号；直流稳压控制单元602，用于控制直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；电流内环解耦控制单元603，用于控制直流输电系统的有功功率(有功电流)，获得第三输出信号；NLM信号调制单元604，用于将第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，调制信号经NLM调制为MMC中的IGBT提供触发脉冲信号。

图7为本发明具体实施例之谐振阻尼控制单元的细部结构图。如图7所示，该谐振阻尼控制单元进一步包括：

第一采样单元6010，用于通过电流互感器采集MMC内部三相桥臂环流，具体地，第一采样单元6010通过电流互感器采样MMC内部三相上下桥臂电流，并经过一除法器得到环流；

滤波单元6011，用于将第一采样单元6010的输出经过低通滤波器得到直流分量，并与采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；

有源阻尼控制器6012，用于将谐振电流信号乘以谐振阻尼控制系数获得第一输出信号。

图8(a)为本发明具体实施例中直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制实现原理示意图，图8(b)为本发明具体实施例之谐振阻尼控制单元的实现原理示意图。如图8(b)所示，第一采样单元20通过采样MMC上下桥臂的电流后除以2，得到环流，经过滤波单元21利用低通滤波器得到直流分量，再用总的环流减去直流分量后得到谐振电流的高频分量，谐振电流高频分量经过有源阻尼控制器23的比例控制器K后得到的参考电压V_damp，该参考电压与直流侧谐振电压恰好抵消，不仅可抑制直流侧谐振电流，还可抑制直流侧谐振电压。将参考电压V_damp加到图8(a)所示的调制电压中，触发MMC桥臂子模块，即可实现同时对直流侧谐振电流和电压的抑制。

例如，图8(a)中，e₁为采样得到的实际直流电压，v_{ref_i}(i＝a,b,c)为MMC交流侧三相调制参考电压，触发MMC子模块的IGBT导通与关断，v__damp为有源阻尼控制参考电压，v_c为单个子模块电容电压值。图中将三个电压分量叠加后得到MMC单个桥臂的调制电压，除以MMC单个子模块电容电压值即得到该时刻单个桥臂投入的子模块数，经过一个限幅器是为了避免过调制带来的不利影响，限幅器的上下限分别为N和0。NLM_nx,NLM_px分别表示下桥臂和上桥臂的子模块投入数量，图8(b)中v__damp为抑制直流侧谐振电流的参考电压，直流侧谐振电流消除，则直流电压谐振分量也消失，通过调节谐振阻尼控制系数K来控制直流侧谐振峰，进而抑制直流侧谐振电压和电流。在本发明具体实施例中，控制参考值满足如下控制规律：

其中，i_z为采样的MMC内部环流，K是有源阻尼控制器比例系数，v_damp是有源阻尼控制输出参考电压，ω_f为低通滤波器的带宽，s表示复频域的单位算子。

如图9所示，具体地，直流稳压控制单元602进一步包括：

第二采样单元6021，用于采样MMC内部三相子模块电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3即可得直流电压平均值；

PI控制器6022，PI控制器可实现0稳态误差控制，采样稳态直流电压信号作为第二输出信号，即图8(a)中的e₁，并将得到的直流电压平均值和直流侧电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，稳压获得的有功控制量用来作为第三输出信号的给定参考值，即电流内环解耦控制单元的给定输入。

如图10所示，电流内环解耦控制单元603进一步包括：

第三采样单元6031，用于采样电网侧a、b、c三相电压信号经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必须的相位；

第四采样单元6032，用于采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

电流内环控制单元6033，用于将图5中模块16(稳直流电压)的输出信号即PI控制器6022输出的有功电流参考值与实际有功电流分量相减后经过PI控制器，加上前馈信号ωLi_q后得到v_refd，前馈信号包含在图5中的VCC中，图中未示出，同时将实际无功电流分量i_q与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号ωLi_d后得到v_refq(包含在VCC中)，将v_refd和v_refq同时送入图5中所示的dq/abc变换(反派克变换)模块，获得如图8(a)中的第三输出信号v_ref—i(i＝a,b,c)，即v_{ref_a},v_{ref_b},v_{ref_c}。

可见，本发明通过采样MMC上下桥臂电流进而得到环流分量，通过低通滤波器与采样分量相减获取谐振电流分量，谐振电流分量与阻尼控制器相乘得到的谐振电压参考分量，其参考值与直流网络的谐振电压相抵消，可实现直流侧谐振电流的抑制，而谐振电流消失使得谐振电压得到抑制。

图11为本发明一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法的步骤流程图。如图11所示，本发明一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法，包括如下步骤：

步骤101，控制直流输电系统直流网络的谐振阻尼，获得第一输出信号；

步骤102，控制直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；

步骤103，控制直流输电系统的有功功率(有功电流)，获得第三输出信号；

步骤104，将第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，调制信号经NLM调制为MMC中的IGBT提供触发脉冲信号。

具体地，步骤101包括：

步骤S11，通过电流互感器采集MMC内部三相桥臂环流，具体地，通过电流互感器采样MMC内部三相上下桥臂电流，并经过一除法器得到环流；

步骤S12，将环流经过低通滤波器后，获得直流信号，与采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；

步骤S13，将谐振电流信号乘以谐振阻尼控制系数获得该第一输出信号。

具体地，步骤102包括：

步骤S21，采样MMC内部三相子模块电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3即可得直流电压平均值；

步骤S22，利用PI控制器实现0稳态误差控制，采样稳态直流电压信号作为第二输出信号，即图8(a)中的e₁，并将得到的直流电压平均值和直流侧电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，稳压获得的有功控制量用来作为第三输出信号的给定参考值，即电流内环解耦控制单元的给定输入。

具体地，步骤103包括：

步骤S31，采样电网侧a、b、c三相电压信号经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必须的相位；

步骤S32，采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

步骤S33，将步骤22获得的有功电流参考值与实际有功电流分量相减后经过一PI控制器，加上前馈信号ωLi_q后得到v_refd，同时将实际无功电流分量i_q与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号ωLi_d后得到v_refq，将v_refd和v_refq同时送入dq/abc变换(反派克变换)模块进行dq/abc变换，获得第三输出信号v_refi(i＝a,b,c)。

以下具体介绍本发明的谐振阻尼控制的实现：

图8(b)为本发明的有源阻尼控制的实现过程示意图，通过采样谐振回路中直流电缆上的电流，经过一个低通滤波器后与采样电流相减可得谐振电流分量，经过一个比例阻尼控制器，即得到叠加至MMC桥臂的阻尼参考电压，该参考电压与直流侧谐振电压恰好抵消，不仅可抑制直流侧谐振电流，还可抑制直流侧谐振电压。有源阻尼控制参考电压为：

i_z为MMC内部环流，如果忽略MMC内部由开关函数和电容基频波动相互作用产生的二倍频环流，则i_z包括直流输电传输有功功率所必须的稳态直流电流分量，以及激发出的谐振电流分量。ω_f为低通滤波器的带宽，K为有源阻尼控制器，K的值取决于谐振电流的大小，并且，K的值会影响系统的稳定性，需经综合考虑得到一个最优滤波效果的整定值。

以下通过具体实例说明本发明MMC-HVDC系统的有源阻尼控制方法：

控制方法主要分为四个部分：谐振阻尼控制、直流稳压控制、电流内环解耦控制和NLM信号调制。

一、谐振阻尼控制

1)分别采样MMC内部三相上下桥臂电流经过一个除法器得到环流；

2)环流经过低通滤波器后，获得直流信号，与采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；

3)将谐振电流信号乘以谐振阻尼控制系数获得第一输出信号。

二、直流稳压控制

1)采样MMC内部三相子模块电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3即可得直流电压平均值；

2)将得到的直流电压平均值和电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，PI控制器可实现0稳态误差控制，将稳态直流电压获得第二输出信号；

三、电流内环解耦控制

1)采样电网侧a、b、c三相电压信号经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必须的相位；

2)采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

3)将直流稳压有功控制量(即有功电流参考值)与实际有功电流相减后经过PI控制器，加上前馈信号，同时将实际无功电流分量与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号，获得第三输出信号。

(4)NLM信号调制

1)、将输出信号1、输出信号2、输出信号3相叠加获得控制信号。

2)、该控制信号经NLM调制为MMC提供脉冲信号。

图12为本发明采用有源阻尼控制下的物理本质示意图。可见，本发明有源阻尼控制方法的使用相当于一个虚拟电阻，等效地增加了直流网络的阻尼。既能抑制直流网络的谐振电压，又能对谐振电流进行抑制。图13为采用有源阻尼控制和未采用有源阻尼控制的频率响应特性(阻抗特性)对比图，其中曲线131为不加有源阻尼控制的频率响应特性，而曲线132为加入有源阻尼控制策略后的阻抗频率响应特性。显然，在采用有源阻尼控制后，直流网络的谐振峰显著减小，直流侧谐振得到有效抑制，谐振峰的降低大大降低了谐振放大的幅度和可能性

综上所述，本发明一种直流输电系同直流侧谐振的有源阻尼控制装置及方法通过有源阻尼控制实现了不增加额外损耗和硬件成本的来抑制模块化多电平变换器型直流输电系统直流侧电压和电流的振荡的目的,其一方面减少系统成本和额外损耗，另一方面可对所有频段的谐振进行阻尼抑制，效果好，无需对直流输电系统各个部分的参数进行精确测量或估计，使得在不增加额外投资成本的情况下，对直流侧出现的电压电流振荡现象进行完全抑制。本发明不仅适用于半桥子模块的MMC，还可适用于其他任意拓扑的MMC型直流输电系统，对于两电平的VSC型直流输电系统也适用。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

(1)、无需直流滤波器或直流电抗器，减小了系统体积，通过调控谐振阻尼系数可实现直流电压和直流电流谐振分量的完全抑制。

(2)、通过增加虚拟电阻的思想等效地降低了直流网络阻抗的谐振峰，可实现任意频率点的谐振阻尼，在抑制谐振的同时提高了输电效率。陷波器只能实现特定频率点及其附近频率点的谐振抑制，并且可能增大其他频率范围的谐振峰，不利于整个频段的系统稳定运行，有源阻尼则可实现对所有频段的谐振峰的削弱。相比于直流滤波器和陷波器参数整定相对困难，有源阻尼控制系数的选取相对容易，并且受到系统参数不确定性的影响较小，鲁棒性能佳。在保证抑制谐振的同时，直流电抗器或者陷波器的引入容易与直流输电系统其他部分发生交互影响，进而恶化系统的稳定性和动态特性。然而，有源阻尼控制方法的引入对直流输电系统其他部分的稳定性影响很小。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，包括：

谐振阻尼控制单元，其中谐振阻尼控制单元包括：第一采样单元，用于通过电流互感器采集MMC内部三相桥臂环流；滤波单元，用于将该第一采样单元的输出经过低通滤波器得到直流分量，并与该第一采样单元采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；有源阻尼控制器，用于将该谐振电流信号乘以有源阻尼控制器比例系数获得第一输出信号，其中通过控制有源阻尼控制器比例系数来控制该直流输电系统直流网络的谐振阻尼；

所述装置还包括：

直流稳压控制单元，用于控制该直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；

电流内环解耦控制单元，用于控制该直流输电系统的有功功率，获得第三输出信号；

最近电平逼近信号调制单元，用于将该第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，该调制信号经最近电平逼近调制后为该直流输电系统的MMC的IGBT提供触发脉冲信号。

2.如权利要求1所述的直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，其特征在于：该第一采样单元通过采样该MMC上下桥臂的电流后除以2，得到环流，经过该滤波单元利用低通滤波器得到直流分量，再用总的环流减去直流分量后得到谐振电流的高频分量，该谐振电流的高频分量经过该有源阻尼控制器的比例控制器后得到该第一输出信号。

3.如权利要求2所述的直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，其特征在于，该第一输出信号满足如下控制规律：

其中，i_z为采样的MMC内部环流，K是有源阻尼控制器比例系数，v_damp是有源阻尼控制输出参考电压，ω_f为低通滤波器的带宽，s表示复频域的单位算子。

4.如权利要求1所述的直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，其特征在于，该直流稳压控制单元包括：

第二采样单元，用于采样该MMC内部三相子模块的电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3，得到直流电压平均值；

PI控制器，用于实现0稳态误差控制，采用稳态直流电压信号作为该第二输出信号，并将得到的直流电压平均值和直流侧电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，稳压获得的有功控制量用来作为该第三输出信号的给定参考值。

5.如权利要求4所述的直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制装置，其特征在于，该电流内环解耦控制单元包括：

第三采样单元，用于采样电网侧a、b、c三相电压信号，经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必需的相位；

第四采样单元，用于采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

电流内环控制单元，用于将该PI控制器输出的有功电流参考值与实际有功电流分量相减后经过一PI控制器，加上前馈信号ωLi_q后得到v_refd，同时将该实际无功电流分量与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号ωLi_d后得到v_refq，将v_refd和v_refq同时送入dq/abc变换模块进行dq/abc变换，获得该第三输出信号。

6.一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法，包括如下步骤：

步骤一，通过电流互感器采集MMC内部三相桥臂环流；将采集的环流经过低通滤波器得到直流分量，并与采样的三相电流信号相减获得谐振电流信号；将该谐振电流信号乘以有源阻尼控制器比例系数获得第一输出信号，其中，通过控制有源阻尼控制器比例系数控制该直流输电系统直流网络的谐振阻尼；

步骤二，控制该直流输电系统的直流稳压，获得第二输出信号；

步骤三，控制该直流输电系统的有功功率，获得第三输出信号；

步骤四，将该第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得调制信号，该调制信号经最近电平逼近调制后为该直流输电系统的MMC的IGBT提供触发脉冲信号。

7.如权利要求6所述的一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法，其特征在于，步骤二具体包括：

采样该MMC内部三相子模块的电容电压，得到子模块电容电压之和后除以3，得到直流电压平均值；

利用PI控制器实现0稳态误差控制，采用稳态直流电压信号作为该第二输出信号，并将得到的直流电压平均值和直流侧电压参考值经PI控制器获得稳压有功控制量，稳压获得的有功控制量用来作为该第三输出信号的给定参考值。

8.如权利要求6所述的一种直流输电系统直流侧谐振的有源阻尼控制方法，其特征在于，步骤三具体包括：

采样电网侧a、b、c三相电压信号，经过锁相环PLL得到abc/dq变换所必需的相位；

采样三相交流电流分量，经过abc/dq变换得到实际有功电流分量和实际无功电流分量；

将有功电流参考值与实际有功电流分量相减后经过PI控制器，加上前馈信号ωLi_q后得到v_refd，同时将该实际无功电流分量与0做差经过PI控制器以实现单位功率因数控制，加上前馈信号ωLi_d后得到v_refq，将v_refd和v_refq同时送入dq/abc变换模块进行dq/abc变换，获得该第三输出信号。