CN107947545A - 一种基于嵌入式重复控制器的mmc环流谐波抑制方法 - Google Patents

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何远彬
王建中
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Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，本发明基于重复控制器基于内模原理，对指定频率及其所有谐波频带具有无穷大增益。为了彻底抑制环流回路中各阶次交流谐波源的影响，提供更好的稳态性能，在MMC结构中加入了嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法。它的加入可以完全消除环流中的交流分量，让系统保持很好的稳定性。

Description

一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法
技术领域
本发明涉及一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，属于电力电子控制器领域。
背景技术
自德国学者于2002年提出模块化多电平变换器(Modular MultilevelConverter,MMC)拓扑结构以来，该变换器以其谐波含量少、开关频率低、易于模块化设计等特点受到学业界和工业界的广泛关注。但MMC也有一定缺陷，大量储能电容随子模块的投切不断进行充放电，由此造成了三相桥臂电压与直流侧不匹配。这将在环流中引入大量低频谐波，增加系统损耗，减少开关器件寿命，降低系统性能及稳定性。
由于MMC直流母线电压靠各桥臂的分布式电容支撑，若发生电容电压不平衡则会导致环流。环流可以分为两部分：一部分是直流分量，在直流侧与相单元间流动；另一部分是谐波分量。虽然谐波分量对MMC交流侧输出不产生影响，但叠加在桥臂电流上会引起桥臂电流畸变，不仅对器件耐流水平提出了更高要求，且将增加MMC系统的功率损耗。
基于内模原理的重复控制器，对指定频率及其所有谐波频带具有无穷大增益。为了彻底抑制环流回路中各阶次交流谐波源的影响，提供更好的稳态性能，在MMC结构中加入了嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法。它的加入可以完全消除环流中的交流分量，让系统保持很好的稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法。
一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：初始化，即在MMC的控制器中设定以下参数，所有电流、电压与功率参数均采用标么值：
设定控制器的有功功率参考P*与无功功率参考Q*；
设定控制器的桥臂电压参考值
设定控制器的桥臂等效感抗L0与R0等效阻抗；
步骤2：采集系统输出侧的各个相电压va、vb、vc以及相电流ia、ib、ic送入交流侧功率控制模块，与给定的有功功率参考P*与无功功率参考Q*一起在交流侧功率控制模块进行计算，输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号ea，eb，ec；
步骤3：由步骤2中得到系统输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号ea，eb，ec分别送入到k相直流侧控制模块与各相参考电压生成模块中；
步骤4：桥臂环流计算结构图采集k相单元中上桥臂采集电流ikp和下桥臂采集电流ikn在第一加法器中相加，再除以2得到k相环流值idiffk，送入到k相直流侧控制模块；k代表a,b,c三相；
步骤401：在直流侧控制模块中,通过VS值计算模块，将步骤3的无功功率输出，k相环流值idiffk以及环流控制模块输出的Vdiffk进行计算得到桥臂观测电压
步骤5：环流指令生成模块接收到步骤401得到的与桥臂电压参考值经过计算得到各相环流参考值i* diffk；
步骤6：环流控制模块接收到步骤4得到的k相环流值idiffk与步骤5得到的环流参考值i* diffk进行计算得到桥臂环流电压值udiffk；
步骤7：将步骤6得到的桥臂环流电压值udiffk与步骤2交流侧功率控制模块(1)得到的ea、eb、ec值在k相参考电压生成模块，经过计算，其输出值送给信号调制模块，经过调制模块生成驱动信号；
步骤8：MMC子模块基本单元模块接收步骤7的驱动信号；驱动MMC子模块基本单元中电力电子开关的开通与关断，这样就对MMC变换器子模块基本单元进行控制。
其中环流控制模块中包括重复控制器和比例-积分控制器PI(z)，保持对直流参考量的无静差跟踪；
其中比例-积分控制器的表达形式为：
重复控制器模块传递函数为：
Q(z)为低通滤波器。
所述的Q(z)取为一个常数，Q(z)＝0.95；所述的Q(z)取为零相位低通滤波器。
本发明基于重复控制器基于内模原理，对指定频率及其所有谐波频带具有无穷大增益。为了彻底抑制环流回路中各阶次交流谐波源的影响，提供更好的稳态性能，在MMC结构中加入了嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法。它的加入可以完全消除环流中的交流分量，让系统保持很好的稳定性。
附图说明
图1.MMC拓扑结构图；
图2.一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法结构；
图3.桥臂环流计算结构图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，该方法的具体步骤如下：
步骤1：初始化，即在MMC的控制器中设定以下参数，所有电流、电压与功率参数均采用标么值：
控制器的有功功率参考P*与无功功率参考Q*，由操作员运行状况设定；
控制器的桥臂电压参考值由操作员运行状况设定；
控制器的桥臂等效感抗L0与R0等效阻抗，由操作员运行状况设定；
步骤2：采集系统输出侧的各个相电压va、vb、vc以及相电流ia、ib、ic送入交流侧功率控制模块(1)，与给定的有功功率参考P*与无功功率参考Q*一起在交流侧功率控制模块(1)进行计算。
步骤3：由步骤2中得到系统输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号ea，eb，ec分别送入到各相直流侧控制模块(2)与各相参考电压生成模块(3)中。
步骤4：如图3桥臂环流计算结构图采集k相单元中上桥臂采集电流ikp和下桥臂采集电流ikn在第一加法器中相加，再除以2得到k相环流值idiffk，送入到k相直流侧控制模块(2)。k代表a,b,c三相。
步骤401：在直流侧控制模块(2)中,(4)为VS值计算模块，将步骤3的无功功率输出，步骤4的相环流值idiffk以及模块(6)环流控制模块输出Vdiffk进行计算得到桥臂观测电压
步骤5：环流指令生成模块(5)接收到步骤401得到的与桥臂电压参考值经过计算得到各相环流参考值i* diffk。
步骤6：环流控制模块(6)接收到步骤4得到的环流值idiffk与步骤5得到的环流参考值i* diffk进行计算得到桥臂环流电压值udiffk。
步骤601：(7)为加入的重复控制器，PI(z)为原有的比例-积分控制器，保持对直流参考量的无静差跟踪。
比例-积分控制器的表达形式为：
重复控制器模块(7)传递函数为：
Q(z)低通滤波器使其稳定，Q(z)的取值一般而言，有两种方法。第一，取为一个常数，例如Q(z)＝0.95，该方法比较简单，但它是以牺牲对低频段的增益和对高频段的衰减为代价的；第二种方法，则是取为零相位低通滤波器，例如：
步骤7：将步骤6得到的桥臂环流电压值udiffk与步骤2交流侧功率控制模块(1)得到的ea、eb、ec值在k相参考电压生成模块(3)，经过计算，其输出值送给信号调制模块(8)，经过调制模块生成驱动信号。
步骤8：MMC子模块基本单元模块(9)接收步骤7的驱动信号。驱动MMC子模块基本单元(9)中电力电子开关的开通与关断，这样就可以对MMC变换器子模块基本单元进行控制。
以上举例仅是本发明的一个具体实施例子，本发明不限于以上实例。

Claims (4)

1.一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：初始化，即在MMC的控制器中设定以下参数，所有电流、电压与功率参数均采用标么值：
设定控制器的有功功率参考P*与无功功率参考Q*；
设定控制器的桥臂电压参考值
设定控制器的桥臂等效感抗L0与R0等效阻抗；
步骤2：采集系统输出侧的各个相电压va、vb、vc以及相电流ia、ib、ic送入交流侧功率控制模块(1)，与给定的有功功率参考P*与无功功率参考Q*一起在交流侧功率控制模块(1)进行计算，输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号ea，eb，ec；
步骤3：由步骤2中得到系统输出有功功率P与无功功率Q以及控制信号ea，eb，ec分别送入到k相直流侧控制模块(2)与各相参考电压生成模块(3)中；
步骤4：桥臂环流计算结构图采集k相单元中上桥臂采集电流ikp和下桥臂采集电流ikn在第一加法器中相加，再除以2得到k相环流值idiffk，送入到k相直流侧控制模块(2)；k代表a,b,c三相；
步骤401：在直流侧控制模块中,通过VS值计算模块(4)，将步骤3的无功功率输出，k相环流值idiffk以及环流控制模块(6)输出的Vdiffk进行计算得到桥臂观测电压
步骤5：环流指令生成模块(5)接收到步骤401得到的与桥臂电压参考值经过计算得到各相环流参考值
步骤6：环流控制模块(6)接收到步骤4得到的k相环流值idiffk与步骤5得到的环流参考值进行计算得到桥臂环流电压值udiffk；
步骤7：将步骤6得到的桥臂环流电压值udiffk与步骤2交流侧功率控制模块(1)得到的ea、eb、ec值在k相参考电压生成模块(3)，经过计算，其输出值送给信号调制模块(8)，经过调制模块生成驱动信号；
步骤8：MMC子模块基本单元模块(9)接收步骤7的驱动信号；驱动MMC子模块基本单元(9)中电力电子开关的开通与关断，这样就对MMC变换器子模块基本单元进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，其特征在于：其中环流控制模块(6)中包括重复控制器(7)和比例-积分控制器PI(z)，保持对直流参考量的无静差跟踪；
其中比例-积分控制器的表达形式为：
<mrow> <mi>P</mi> <mi>I</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>_</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>_</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mi>z</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>_</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>z</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
重复控制器模块(7)传递函数为：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <msup> <mi>z</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mo>+</mo> <mi>L</mi> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>z</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
Q(z)为低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，其特征在于：所述的Q(z)取为一个常数，Q(z)＝0.95。
4.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式重复控制器的MMC环流谐波抑制方法，其特征在于：所述的Q(z)取为零相位低通滤波器。
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