CN112701946B - 一种mmc桥臂电流平衡控制方法及控制系统 - Google Patents

一种mmc桥臂电流平衡控制方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

一种MMC桥臂电流平衡控制方法及控制系统，MMC桥臂电流平衡控制方法包括以下步骤：根据每相交流侧电流、交流侧电压计算出差模电压给定值A、B、C轴分量；根据每相交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感计算出桥臂环流；将桥臂环流输入滤波器，以获取桥臂环流的基频分量和二倍频分量；对基频分量进行坐标变换得到基频D轴分量和基频Q轴分量进而通过比例积分运算和坐标逆变换得到基频共模电压A、B、C轴分量；计算二倍频共模电压A、B、C轴分量；合成调制波。在桥臂电流不平衡的情况下，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法通过分别抑制环流中的基波分量和负序二次谐波分量，解决了桥臂电流的不平衡分布问题。

Description

一种MMC桥臂电流平衡控制方法及控制系统
技术领域
本发明属于柔性直流输电领域，具体涉及一种MMC桥臂电流平衡控制方法及控制系统。
背景技术
近年来，不管在电压等级还是功率等级，电力电子开关器件都得到了大幅度提升，这也使得它在柔性直流输电、直流配电、海上风电并网等领域备受关注。模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)也因自身高度模块化、谐波特性好、成本低等优点，在柔性直流输电领域广泛应用。典型MMC的系统结构共包含6个桥臂，其中，每个桥臂均包括一个桥臂电抗以及多个子模块。通常情况下，为了承受较高的电压等级，每个桥臂串联的子模块数通常很多。
随着子模块个数的增加，那么子模块发生故障的概率大大增加。当系统在运行过程中，子模块发生故障后需被快速切除，此时非故障桥臂若不旁路相同个数的子模块，则桥臂级联子模块的个数将不再相等，换流器将运行在桥臂不对称的状态下。桥臂子模块个数的不对称，造成开关函数以及等效电容均会发生改变，最终导致交流电流在桥臂间的不均匀分配，进而影响与其耦合器件的相关电气量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种MMC桥臂电流平衡控制方法，解决了MMC桥臂参数不对称进而造成桥臂电流不平衡问题。本发明还提出了一种MMC桥臂电流平衡控制系统。
根据本发明第一方面实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法，包括以下步骤：
计算差模电压给定值：获取每相交流侧电流、交流侧电压并获取基波角频率；根据每相所述交流侧电流、交流侧电压计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq；根据坐标变换原理，将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc；
获取桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量：根据每相所述交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感计算出桥臂环流icirj；将所述桥臂环流icirj输入滤波器，以获取所述桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量；
计算基频共模电压：对所述基频分量进行坐标变换得到基频D轴分量和基频Q轴分量；将所述基频D轴分量输入第一比例积分控制器得到基频共模电压D轴分量ucomd1；将所述基频Q轴分量输入第二比例积分控制器得到基频共模电压Q轴分量ucomq1；对基频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1；
计算二倍频共模电压：对所述二倍频分量进行坐标变换得到二倍频D轴分量和二倍频Q轴分量；将所述二倍频D轴分量输入第三比例积分控制器得到二倍频共模电压D轴分量ucomd2；将所述二倍频Q轴分量输入第四比例积分控制器得到二倍频共模电压Q轴分量ucomq2；对二倍频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2；
根据所述差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2合成调制波并输入到桥臂控制设备。
根据本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法，至少具有如下技术效果：在桥臂电流不平衡的情况下，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法通过分别抑制环流中的基波分量和负序二次谐波分量，解决了桥臂电流的不平衡分布问题。此外，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法步骤简单，只需要经过简单运算便能得到预期的调制波，极大的提高了控制的稳定性。
根据本发明的一些实施例，计算所述差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq包括以下步骤：
对每相所述交流侧电流进行坐标变换得到交流电流D轴分量isd和交流电流Q轴分量isq；
对每相所述交流侧电压进行坐标变换得到交流电压D轴分量usd和交流电压Q轴分量usq；
根据所述交流电流D轴分量isd、交流电流Q轴分量isq、交流电压D轴分量usd、交流电压Q轴分量usq计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq。
根据本发明的一些实施例，所述差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq的计算公式为：
Figure BDA0002833106940000041
其中，ω为基波角频率，L为交流侧电感。
根据本发明的一些实施例，所述将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc，其反变换方程为：
Figure BDA0002833106940000042
根据本发明的一些实施例，所述桥臂环流icirj的计算公式为：
Figure BDA0002833106940000043
其中，ipj为j相的上桥臂电流，inj为j相的下桥臂电感，Lpj为j相的上桥臂电感，Lnj为j相的下桥臂电感，isj为j相的交流侧电流，
Figure BDA0002833106940000044
j为三相中任一相。
根据本发明的一些实施例，所述调制波包括A轴上桥臂调制波uparef、A轴下桥臂调制波unaref、B轴上桥臂调制波upbref、B轴下桥臂调制波unbref和C轴上桥臂调制波upcref、C轴下桥臂调制波uncref；
所述A轴上桥臂调制波uparef计算公式为：
uparef＝ucoma1+ucoma2-udiffa；
所述B轴上桥臂调制波upbref计算公式为：
upbref＝ucomb1+ucomb2-udiffb；
所述C轴上桥臂调制波upcref计算公式为：
upcref＝ucomc1+ucomc2-udiffc；
所述A轴下桥臂调制波unaref计算公式为：
uparef＝ucoma1+ucoma2+udiffa；
所述B轴下桥臂调制波unbref计算公式为：
upbref＝ucomb1+ucomb2+udiffb；
所述C轴下桥臂调制波uncref计算公式为：
upcref＝ucomc1+ucomc2+udiffc。
根据本发明第二方面实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统，包括：
差模电压给定值运算模块，用于接收每相交流侧电流、交流侧电压、基波角频率，并输出差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc；
桥臂环流运算模块，用于接收每相所述交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感并输出桥臂环流icirj；
滤波器，与所述桥臂环流运算模块的输出端连接，用于滤除所述桥臂环流icirj中直流分量并输出所述桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量；
基频共模电压运算模块，与所述滤波器的输出端连接，其内置有第一比例积分控制器和第二比例积分控制器，所述基频共模电压运算模块用于对所述基频分量进行坐标变换、以及利用所述第一比例积分控制器和第二比例积分控制器进行比例积分运算，并输出基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1；
二倍频共模电压运算模块，与所述滤波器的输出端连接，其内置有第三例积分控制器和第四比例积分控制器，所述二倍频共模电压运算模块用于对所述二倍频分量进行坐标变换、以及利用所述第三例积分控制器和第四比例积分控制器进行比例积分运算，并输出二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2；
调制波合成单元，分别与所述差模电压给定值运算模块的输出端、基频共模电压运算模块的输出端、二倍频共模电压运算模块的输出端连接，用于接收所述差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2并合成输出调制波到桥臂控制设备。
根据本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统，至少具有如下技术效果：在桥臂电流不平衡的情况下，通过本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统通过分别抑制环流中的基波分量和负序二次谐波分量，解决了桥臂电流的不平衡分布问题。此外，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统简单，且只需要经过简单运算便能得结构到预期的调制波，极大的提高了控制的稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是典型MMC的系统结构示意图；
图2是MMC-STATOCM系统的二倍频分量等效电路；
图3a是本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法将桥臂环流滤除直流分量的逻辑示意图；
图3b是本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法的利用基频分量运算出基频共模电压的逻辑示意图；
图3c是本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法的利用二倍频分量运算出二倍频共模电压的逻辑示意图；
图4是未采用本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法时的6个桥臂的桥臂电流；
图5是采用本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法时的6个桥臂的桥臂电流。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三、第四等等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面参考图1至图5描述根据本发明第一方面实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法。
根据本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法，包括以下步骤：
计算差模电压给定值：获取每相交流侧电流、交流侧电压并获取基波角频率；根据每相所述交流侧电流、交流侧电压计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq；根据坐标变换原理，将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc；
获取桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量：根据每相所述交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感计算出桥臂环流icirj；将所述桥臂环流icirj输入滤波器，以获取所述桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量；
计算基频共模电压：对所述基频分量进行坐标变换得到基频D轴分量和基频Q轴分量；将所述基频D轴分量输入第一比例积分控制器得到基频共模电压D轴分量ucomd1；将所述基频Q轴分量输入第二比例积分控制器得到基频共模电压Q轴分量ucomq1；对基频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1；
计算二倍频共模电压：对所述二倍频分量进行坐标变换得到二倍频D轴分量和二倍频Q轴分量；将所述二倍频D轴分量输入第三比例积分控制器得到二倍频共模电压D轴分量ucomd2；将所述二倍频Q轴分量输入第四比例积分控制器得到二倍频共模电压Q轴分量ucomq2；对二倍频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2；
根据所述差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2合成调制波并输入到桥臂控制设备。
为了便于对本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法能够更为贴切的了解，这里对其原理进行简要的叙述。
参考图1，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法是基于模块化多电平换流器结构的。模块化多电平换流器每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由桥臂电阻、及桥臂电感、N个子模块串联构成，其中N为MMC桥臂额定输出下需要的子模块数量。图1中usj(j＝a，b，c)为三相交流系统电压；isj为j相MMC交流电流；Lxj(x＝p，n)为上、下桥臂电感；Rxj为上、下桥臂电阻；L为交流侧电感；ixj为各相上、下桥臂电流；udc、idc分别为直流侧电压和直流侧电流。
在桥臂参数不对称下，桥臂环流的表达式可用下式表示：
Figure BDA0002833106940000101
式中，令
Figure BDA0002833106940000102
记为j相上、下桥臂参数不对称度。
当λj越大桥臂不对称程度越大，环流越大，上、下桥臂电流分布越不均匀。
图2为二倍频分量等效电路。该图中
Figure BDA0002833106940000103
和
Figure BDA0002833106940000104
为二倍频共模电压源，上、下桥臂二倍频电压源幅值相等，符号相同。
当上、下桥臂参数一致时，图2中二倍频电压源
Figure BDA0002833106940000105
则交流侧二倍频电流分量isj2＝0，即输出电流不含偶次电流谐波。当上、下桥臂参数不一致时，上、下桥臂参数不对称度λj≠0，则桥臂二倍频电流进入到交流侧，其大小可用下式表示：
Figure BDA0002833106940000106
式中，ω为基波角频率。
从上述分析可知，通过消除桥臂环流可以保证交流侧电流在上、下桥臂平均分配，进而消除直流电流中的基频分量；通过抑制桥臂环流二倍频谐波，可以消除对交流侧电流的影响，减小子模块直流侧电容电压脉动。所以，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法通过消除桥臂环流中的基频分量和二倍频分量，以此来消除桥臂参数不对称造成的桥臂电流不均匀分配。
下面简要介绍本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法的调制波合成过程。
调制波合成过程需要经过：计算差模电压给定值、获取桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量、计算基频共模电压、计算二倍频共模电压以及最后的合成调制波。
计算差模电压给定值：需要先获取每相交流侧电流、交流侧电压，并获取基波角频率。然后，根据每相交流侧电流、交流侧电压计算出每相差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq。在本发明的一些实施例中，需要先利用交流侧电流、交流侧电压计算出交流电流D轴分量isd、交流电流Q轴分量isq、交流电压D轴分量usd、交流电压Q轴分量usq，然后利用交流电流D轴分量isd、交流电流Q轴分量isq、交流电压D轴分量usd、交流电压Q轴分量usq、基波角频率ω以及交流侧电感L计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq。最后，根据坐标变换原理，将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc。
获取桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量：参考图3a，首先需要计算出桥臂环流icirj，可以根据每相交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感计算出桥臂环流icirj。然后将桥臂环流icirj直接输入到滤波器滤除直流分量，进而可以获取桥臂环流icirj的所有交流分量。桥臂环流icirj的交流分量本身具有基频和多个分频，但是在实际工程中，主要需要考虑的便是基频和二倍频分量，其他的高频分量的含量远小于基频和二倍频分量，因此可以直接不做考虑。
计算基频共模电压和计算二倍频共模电压：参考图3b，首先需要对基频分量进行坐标变换得到基频D轴分量和基频Q轴分量，再将基频D轴分量输入第一比例积分控制器得到基频共模电压D轴分量ucomd1，最后将基频Q轴分量输入第二比例积分控制器便可以得到基频共模电压Q轴分量ucomq1；最后，对基频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1。参考图3c，依照与计算基频共模电压相同的方法，同样可以计算出基频共模电压D轴分量ucomd1和二倍频共模电压Q轴分量ucomq2，以及二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2。
计算出差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2后，直接利用加减法运算合成调制波，并输入到桥臂控制设备。桥臂控制设备根据调制波对MMC中子模块工作状态进行控制，以达到平衡桥臂电流的目的。
根据本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法，在桥臂电流不平衡的情况下，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法通过分别抑制环流中的基波分量和负序二次谐波分量，解决了桥臂电流的不平衡分布问题。此外，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法步骤简单，只需要经过简单运算便能得到预期的调制波，极大的提高了控制的稳定性。
在本发明的一些实施例中，计算差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq包括以下步骤：对每相交流侧电流进行坐标变换得到交流电流D轴分量isd和交流电流Q轴分量isq；对每相交流侧电压进行坐标变换得到交流电压D轴分量usd和交流电压Q轴分量usq；根据交流电流D轴分量isd、交流电流Q轴分量isq、交流电压D轴分量usd、交流电压Q轴分量usq计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq。
在本发明的一些实施例中，通过计算公式：
Figure BDA0002833106940000131
可以直接计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq，其中，ω为基波角频率，L为交流侧电感。
在引出上述公式后，这里可以对本发明的MMC桥臂电流平衡控制方法的原理进行进一步的叙述。对上式进行拉普拉斯变换，得到MMC在dq坐标系下控制方程：
Figure BDA0002833106940000132
其中，kp1、kp2为比例积分控制器比例系数；ki1、ki2为比例积分控制器积分系数；isd *(s)、isq *(s)为有功电流和无功电流参考值，上述参数都通过预设获得，预设的大小则需要根据实际需求来预先调整。
当系统桥臂参数对称时，上下桥臂电流的表达式分别为：
Figure BDA0002833106940000141
其中，
Figure BDA0002833106940000142
为j相相间环流，isj＝Irmscos(ωt-θ)为交流基频电流；Q10表示3次及以上的谐波分量，且该分量较小，可忽略不计，直流侧电流为零。
当子模块旁路等故障造成的上下桥臂阻抗或者相单元电抗器不对称时，上下桥臂电流的表达式分别为：
Figure BDA0002833106940000143
式中，I2rmscos(2ωt-θt)是为j相桥臂的二倍频分量；Ipjrmscos(ωt-θ)、Injrms cos(ωt-θ)为j相上、下桥臂的基频分量，m+n＝1，m和n的大小由上桥臂电感和下桥臂电感的大小决定，上桥臂电感大则m大，下桥臂电感大则n大。根据MMC-STATCOM系统的环流特性以及环流分量，可以进一步得到桥臂环流表达式：
Figure BDA0002833106940000144
上式是以空载进行计算(空载状态下，上下桥臂电流本身不具有直流分流)，所以通过上式可以直接看出，桥臂环流icirj主要包括基频分量和二倍频分量，因此只需要抑制基频分量和环流二倍频分量即可完成电流平衡控制。
在本发明的一些实施例中，所述将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc，其反变换方程为：
Figure BDA0002833106940000151
在本发明的一些实施例中，通过计算公式：
Figure BDA0002833106940000152
可以计算出桥臂环流icirj，其中，ipj为j相的上桥臂电流，inj为j相的下桥臂电感，Lpj为j相的上桥臂电感，Lnj为j相的下桥臂电感，isj为j相的交流侧电流，
Figure BDA0002833106940000153
j为三相中任一相。
在本发明的一些实施例中，所述调制波包括A轴上桥臂调制波uparef、A轴下桥臂调制波unaref、B轴上桥臂调制波upbref、B轴下桥臂调制波unbref和C轴上桥臂调制波upcref、C轴下桥臂调制波uncref；
所述A轴上桥臂调制波uparef计算公式为：
uparef＝ucoma1+ucoma2-udiffa；
所述B轴上桥臂调制波upbref计算公式为：
upbref＝ucomb1+ucomb2-udiffb；
所述C轴上桥臂调制波upcref计算公式为：
upcref＝ucomc1+ucomc2-udiffc；
所述A轴下桥臂调制波unaref计算公式为：
uparef＝ucoma1+ucoma2+udiffa；
所述B轴下桥臂调制波unbref计算公式为：
upbref＝ucomb1+ucomb2+udiffb；
所述C轴下桥臂调制波uncref计算公式为：
upcref＝ucomc1+ucomc2+udiffc。
此外，为了验证本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法的有效性，在RTDS中建立了基于MMC-STATCOM系统的仿真模型，6个桥臂的电阻和电感参数分布如表1所示，桥臂电流平衡控制逻辑可以参考图3a、图3b、图3c。
表1
Figure BDA0002833106940000161
图4和图5分别显示了有桥臂电流平衡控制和没有桥臂电流平衡控制的结果。显然，如图4所示，a，b，c三相上桥臂和下桥臂的桥臂电流是不平衡的。图5示出了加入本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制方法后，a，b，c三相上、下桥臂的桥臂电流，桥臂电流的平衡得到了极大的改善。
根据本发明第二方面实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统，包括：差模电压给定值运算模块、桥臂环流运算模块、滤波器、基频共模电压运算模块、调制波合成单元。
差模电压给定值运算模块，用于接收每相交流侧电流、交流侧电压、基波角频率，并输出差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc；
桥臂环流运算模块，用于接收每相所述交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感并输出桥臂环流icirj；
滤波器，与所述桥臂环流运算模块的输出端连接，用于滤除所述桥臂环流icirj中直流分量并输出所述桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量；
基频共模电压运算模块，与所述滤波器的输出端连接，其内置有第一比例积分控制器和第二比例积分控制器，所述基频共模电压运算模块用于对所述基频分量进行坐标变换、以及利用所述第一比例积分控制器和第二比例积分控制器进行比例积分运算，并输出基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1；
二倍频共模电压运算模块，与所述滤波器的输出端连接，其内置有第三例积分控制器和第四比例积分控制器，所述二倍频共模电压运算模块用于对所述二倍频分量进行坐标变换、以及利用所述第三例积分控制器和第四比例积分控制器进行比例积分运算，并输出二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2；
调制波合成单元，分别与所述差模电压给定值运算模块的输出端、基频共模电压运算模块的输出端、二倍频共模电压运算模块的输出端连接，用于接收所述差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2并合成输出调制波到桥臂控制设备。
参考图2，差模电压给定值运算模块在接收每相交流侧电流、交流侧电压、基波角频率，会对交流侧电流、交流侧电压进行坐标变换，并利用坐标变换计算出来的分量进一步计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq；根据坐标变换原理，将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc，并输出到调制波合成单元。
桥臂环流运算模块接收每相交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感计算出每相桥臂环流icirj并输出到滤波器进行滤波，滤波器会滤除桥臂环流icirj中基频和二倍频分量。
基频会输入到基频共模电压运算模块进行坐标变换，以得到基频D轴分量和基频Q轴分量，然后利用内置的第一比例积分控制器和第二比例积分控制器对基频D轴分量和基频Q轴分量分别进行比例积分运算，计算出基频共模电压D轴分量ucomd1、基频共模电压Q轴分量ucomq1；然后，对基频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1，并输出到调制波合成单元。
二倍频分量会输入到二倍频共模电压运算模块进行坐标变换，以得到二倍频D轴分量和二倍频Q轴分量，然后利用内置的第三比例积分控制器和第四比例积分控制器对二倍频D轴分量和二倍频Q轴分量分别进行比例积分运算，计算出二倍频共模电压D轴分量ucomd2、二倍频共模电压Q轴分量ucomq2；然后，对二倍频共模电压D轴分量和二倍频共模电压Q轴分量进行坐标逆变换，得到二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2，并输出到调制波合成单元。
最后由调制波合成单元对接收到的差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2进行加减法基本运算，以得到最终的调制波并输出到桥臂控制设备。然后由桥臂控制设备完成对MMC最终的控制。
根据本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统，在桥臂电流不平衡的情况下，通过本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统通过分别抑制环流中的基波分量和负序二次谐波分量，解决了桥臂电流的不平衡分布问题。此外，本发明实施例的MMC桥臂电流平衡控制系统简单，且只需要经过简单运算便能得结构到预期的调制波，极大的提高了控制的稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种MMC桥臂电流平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算差模电压给定值：获取每相交流侧电流、交流侧电压并获取基波角频率；根据每相所述交流侧电流、交流侧电压计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq；根据坐标变换原理，将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc；
获取桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量：根据每相所述交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感计算出桥臂环流icirj；将所述桥臂环流icirj输入滤波器，以获取所述桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量；
计算基频共模电压：对所述基频分量进行坐标变换得到基频D轴分量和基频Q轴分量；将所述基频D轴分量输入第一比例积分控制器得到基频共模电压D轴分量ucomd1；将所述基频Q轴分量输入第二比例积分控制器得到基频共模电压Q轴分量ucomq1；对基频D轴分量和基频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1；
计算二倍频共模电压：对所述二倍频分量进行坐标变换得到二倍频D轴分量和二倍频Q轴分量；将所述二倍频D轴分量输入第三比例积分控制器得到二倍频共模电压D轴分量ucomd2；将所述二倍频Q轴分量输入第四比例积分控制器得到二倍频共模电压Q轴分量ucomq2；对二倍频D轴分量和二倍频Q轴分量进行坐标逆变换，得到三相静止坐标系中的二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2；
根据所述差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2合成调制波并输入到桥臂控制设备；
其中，所述调制波包括A轴上桥臂调制波uparef、A轴下桥臂调制波unaref、B轴上桥臂调制波upbref、B轴下桥臂调制波unbref和C轴上桥臂调制波upcref、C轴下桥臂调制波uncref；
所述A轴上桥臂调制波uparef计算公式为：
uparef＝ucoma1+ucoma2-udiffa；
所述B轴上桥臂调制波upbref计算公式为：
upbref＝ucomb1+ucomb2-udiffb；
所述C轴上桥臂调制波upcref计算公式为：
upcref＝ucomc1+ucomc2-udiffc；
所述A轴下桥臂调制波unaref计算公式为：
uparef＝ucoma1+ucoma2+udiffa；
所述B轴下桥臂调制波unbref计算公式为：
upbref＝ucomb1+ucomb2+udiffb；
所述C轴下桥臂调制波uncref计算公式为：
upcref＝ucomc1+ucomc2+udiffc。
2.根据权利要求1所述的MMC桥臂电流平衡控制方法，其特征在于，计算所述差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq包括以下步骤：
对每相所述交流侧电流进行坐标变换得到交流电流D轴分量isd和交流电流Q轴分量isq；
对每相所述交流侧电压进行坐标变换得到交流电压D轴分量usd和交流电压Q轴分量usq；
根据所述交流电流D轴分量isd、交流电流Q轴分量isq、交流电压D轴分量usd、交流电压Q轴分量usq计算出差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq。
3.根据权利要求2所述的MMC桥臂电流平衡控制方法，其特征在于，所述差模电压给定值D轴分量udiffd和差模电压给定值Q轴分量udiffq的计算公式为：
Figure FDA0003631019500000031
其中，ω为基波角频率，L为交流侧电感。
4.根据权利要求1所述的MMC桥臂电流平衡控制方法，其特征在于，所述将差模电压给定值D轴分量和Q轴分量逆变换到三相静止坐标系中，计算得到差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc，其反变换方程为：
Figure FDA0003631019500000041
5.根据权利要求1所述的MMC桥臂电流平衡控制方法，其特征在于，所述桥臂环流icirj的计算公式为：
Figure FDA0003631019500000042
其中，ipj为j相的上桥臂电流，inj为j相的下桥臂电感，Lpj为j相的上桥臂电感，Lnj为j相的下桥臂电感，isj为j相的交流侧电流，
Figure FDA0003631019500000043
j为三相中任一相。
6.一种MMC桥臂电流平衡控制系统，其特征在于，包括：
差模电压给定值运算模块，用于接收每相交流侧电流、交流侧电压、基波角频率，并输出差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb和C轴分量udiffc；
桥臂环流运算模块，用于接收每相所述交流侧电流、上桥臂电感、下桥臂电感并输出桥臂环流icirj；
滤波器，与所述桥臂环流运算模块的输出端连接，用于滤除所述桥臂环流icirj中直流分量并输出所述桥臂环流icirj的基频分量和二倍频分量；
基频共模电压运算模块，与所述滤波器的输出端连接，其内置有第一比例积分控制器和第二比例积分控制器，所述基频共模电压运算模块用于对所述基频分量进行坐标变换、以及利用所述第一比例积分控制器和第二比例积分控制器进行比例积分运算，并输出基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1；
二倍频共模电压运算模块，与所述滤波器的输出端连接，其内置有第三例积分控制器和第四比例积分控制器，所述二倍频共模电压运算模块用于对所述二倍频分量进行坐标变换、以及利用所述第三例积分控制器和第四比例积分控制器进行比例积分运算，并输出二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2；
调制波合成单元，分别与所述差模电压给定值运算模块的输出端、基频共模电压运算模块的输出端、二倍频共模电压运算模块的输出端连接，用于接收所述差模电压给定值A轴分量udiffa、B轴分量udiffb、C轴分量udiffc、基频共模电压A轴分量ucoma1、B轴分量ucomb1、C轴分量ucomc1、二倍频共模电压A轴分量ucoma2、B轴分量ucomb2、C轴分量ucomc2并合成输出调制波到桥臂控制设备。
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