CN113452273A - 一种mmc四层结构子模块电容电压均衡控制方法 - Google Patents

一种mmc四层结构子模块电容电压均衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，该控制方法设置四层子模块电容电压均衡控制；子模块电容电压均衡控制的第一层为子模块全局电容电压平均值控制；子模块电容电压均衡控制的第二层为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；子模块电容电压均衡控制的第三层为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；子模块电容电压均衡控制的第四层为桥臂内子模块电容电压平衡控制；由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。本发明将子模块电容电压均衡控制和桥臂电流控制有机结合，实现子模块电容电压均衡以及桥臂电流各分量的统一控制，适用于稳态、交流和直流故障穿越等多种工况。

Description

一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法
技术领域
本发明属于模块化多电平换流器(MMC)技术领域，更具体地，涉及一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法。
背景技术
MMC采用模块化设计，其工程应用范围广阔，包括柔性直流输配电、中高压电力传动(中高压变频调速、电力机车牵引传动)、电能质量治理(UPFC、STATCOM)、电能路由器等领域。MMC需要大量子模块串联，使每个悬浮子模块电容电压平均值稳定在额定值，是MMC正常运行的前提。一般将影响MMC内外部动态特性的子模块电容电压分为三个层次，即相间电容电压、上下桥臂电容电压和桥臂内电容电压。子模块电容作为储能元件耦合了多种电流信息，交直流电网故障下这种耦合过程更为复杂，子模块电容电压不平衡问题凸显。因此，如何实现大量子模块电容电压均衡已成为MMC控制设计的关键问题之一。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法。
本发明第一方面提供了一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，该控制方法设置四层子模块电容电压均衡控制；
第一层子模块电容电压均衡控制为子模块全局电容电压平均值控制；
第二层子模块电容电压均衡控制为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；
第三层子模块电容电压均衡控制为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；
第四层子模块电容电压均衡控制为桥臂内子模块电容电压平衡控制；
由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。
基于上述，子模块全局电容电压平均值控制的设计步骤包括：
步骤1.1，采集MMC三相子模块电容值，将三相子模块电容电压求和并计算平均值
Figure BDA0003120589480000021
经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000022
步骤1.2，对MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000023
与指令参考值
Figure BDA0003120589480000024
输入PI调节器进行PI控制，实现三相电容电压平均值跟踪指令参考值ΔIall；
步骤1.3，将PI调节器的输出分别乘以正序锁相环输出的j相相位的正弦量，得到通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号iall_jref，其中，j＝a、b、c。
基于上述，权重动态调节的相间电容电压平衡控制的设计步骤包括：
步骤2.1，将j相的子模块电容电压求和并计算平均值
Figure BDA0003120589480000025
经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC的j相子模块相电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000026
步骤2.2，对MMC的j相子模块相电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000027
与MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000028
进行PI控制，得到对应的j相的有功功率调节量
Figure BDA0003120589480000029
步骤2.3，定义动态权重系数W，0≤W≤1，将j相的有功功率调节量
Figure BDA00031205894800000210
分配给直流环流产生的功率
Figure BDA00031205894800000211
和负序电流产生的功率
Figure BDA00031205894800000212
分别
Figure BDA00031205894800000213
和
Figure BDA00031205894800000214
步骤2.4，将分配给直流环流产生的功率
Figure BDA00031205894800000215
除以直流母线电压，得到j相直流环流的调节量ileg_dcjref；
步骤2.5，将分配给负序电流产生的功率
Figure BDA00031205894800000216
变换到αβ坐标系，得ΔPα和ΔPβ，并对α轴的量ΔPα取反，得ΔPα'和ΔPβ'；
对αβ坐标系的功率(ΔPα'和ΔPβ')和电网电压在dq坐标下的正序分量(
Figure BDA0003120589480000031
和
Figure BDA0003120589480000032
)进行如下运算：
Figure BDA0003120589480000033
得到负序电流在dq坐标下参考值；
将dq坐标下的负序电流参考值变换到abc坐标系，得j相负序电流的调节量ileg_nsjref。
基于上述，考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制的设计步骤包括：
步骤3.1，将j相上、下桥臂的子模块电容电压求和并计算平均值，将上、下桥臂电容电压平均值进行作差得
Figure BDA0003120589480000034
经过基频陷波器滤波后，获得MMC的j相上、下桥臂电容电压之差
Figure BDA0003120589480000035
步骤3.2，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与
Figure BDA0003120589480000036
之差通过PI调节器得到调节量△Iarm_j；
步骤3.3，引入前馈环节
Figure BDA0003120589480000037
步骤3.4，将前馈环节Iff加上调节量ΔIarm_j之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj；
步骤3.5，将前馈环节Iff减去调节量△Iarm_j之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相下桥臂基频电流输出值iarm_nj；
步骤3.6，将j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj求和并除以3，得到上桥臂基频电流的零序分量iarm_pzero；
将三相下桥臂基频电流输出值iarm_nj求和并除以3，得到下桥臂基频电流的零序分量iarm_nzero；
步骤3.7，将j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj减去上桥臂基频电流的零序分量iarm_pzero，得到j相上桥臂基频电流参考值iarm_pjref；
将j相下桥臂基频电流输出值iarm_nj减去下桥臂基频电流的零序分量iarm_nzero，得到j相上桥臂基频电流参考值iarm_njref。
基于上述，桥臂内子模块电容电压平衡控制的设计步骤包括：
当MMC采用CPS-SPWM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000042
与该桥臂内子模块电容电压UCp(n)ji，i＝1,…,N，进行PI调节，得到对应的第i个子模块电压微调量ΔUind_p(n)ji；
当MMC采用NLM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂内子模块电容电压UCp(n)ji，i＝1,…,N，进行排序，结合NLM调制实现桥臂内子模块电容电压平衡。
基于上述，由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值为：
Figure BDA0003120589480000041
本发明第二方面提供了一种模块化多电平换流器，每相包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂的每个桥臂由N个半桥模块或全桥模块及桥臂电感组成，对该模块化多电平换流器进行子模块电容电压均衡控制时，采用所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：
本发明方法通过将子模块电容电压均衡控制和桥臂电流控制有机结合，实现了子模块电容电压均衡以及桥臂电流各分量的统一控制，适用于稳态、交流和直流故障穿越等多种工况，不需要电流正负序分解，也无需交流侧负序、零序控制和专门的正序、负序及零序环流抑制器。
附图说明
图1是本发明中提供的模块化多电平换流器MMC的结构示意图。
图2是本发明中MMC四层结构子模块电容电压均衡控制结构示意图。
图3是本发明中的子模块全局电容电压平均值控制框图示意图。
图4是本发明中的权重动态调节的相间电容电压平衡控制框图示意图。
图5是本发明中的考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制。
图6是本发明中的桥臂内子模块电容电压平衡控制框图示意图。
图7是MMC四层结构子模块电容电压均衡控制的交流故障穿越实验结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种模块化多电平换流器MMC，该MMC的每相由上、下桥臂组成，每个桥臂由N个半桥模块或全桥模块及桥臂电感组成。图1中，usa、usb、usc为交流端口三相电压，ia、ib、ic为交流端口三相电流，L为上、下桥臂电感，R为上、下桥臂等值电阻，upa、una为a相上、下桥臂输出电压，ipj、inj(j＝a,b,c)为上、下桥臂电流，UHV为高压直流母线电压，idc为高压直流母线电流。各变量的参考方向如图1所示。
对该模块化多电平换流器进行子模块电容电压均衡控制时，采用的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法为：设置四层子模块电容电压均衡控制；其中，第一层子模块电容电压均衡控制为子模块全局电容电压平均值控制；第二层子模块电容电压均衡控制为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；第三层子模块电容电压均衡控制为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；第四层子模块电容电压均衡控制为桥臂内子模块电容电压平衡控制；由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。
具体的，如图3所示，子模块全局电容电压平均值控制的设计步骤包括
步骤1.1，采集MMC三相子模块电容值，将三相子模块电容电压求和并计算平均值
Figure BDA0003120589480000061
经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000062
Figure BDA0003120589480000063
步骤1.2，对MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000064
与指令参考值
Figure BDA0003120589480000065
输入PI调节器进行PI控制，实现三相电容电压平均值跟踪指令参考值ΔIall；
Figure BDA0003120589480000066
步骤1.3，将PI调节器的输出分别乘以正序锁相环输出的j相相位的正弦量，得到通过子模块全局电容电压平均值控制产生的j相电流指令信号iall_jref，其中，j＝a、b、c。
Figure BDA0003120589480000067
如图4所示，权重动态调节的相间电容电压平衡控制的设计步骤包括：
步骤2.1，将j相的子模块电容电压求和并计算平均值
Figure BDA0003120589480000068
经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC的j相子模块相电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000069
Figure BDA00031205894800000610
步骤2.2，对MMC的j相子模块相电容电压平均值
Figure BDA00031205894800000611
与MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure BDA00031205894800000612
进行PI控制，得到对应的j相的有功功率调节量
Figure BDA00031205894800000613
Figure BDA00031205894800000614
步骤2.3，定义动态权重系数W(0≤W≤1)，将j相的有功功率调节量
Figure BDA00031205894800000615
分配给直流环流产生的功率
Figure BDA00031205894800000616
和负序电流产生的功率
Figure BDA00031205894800000617
分别
Figure BDA00031205894800000618
和
Figure BDA00031205894800000619
Figure BDA0003120589480000071
步骤2.4，将分配给直流环流产生的功率
Figure BDA0003120589480000072
除以直流母线电压，得到j相直流环流的调节量ileg_dcjref；
Figure BDA0003120589480000073
将分配给负序电流产生的功率
Figure BDA0003120589480000074
变换到αβ坐标系，如式(8)所示，并对α轴的量取反，如式(9)所示，；
Figure BDA0003120589480000075
Figure BDA0003120589480000076
对αβ坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行如(10)运算，得到负序电流在dq坐标下参考值；
Figure BDA0003120589480000077
将dq坐标下的负序电流参考值变换到abc坐标系，可得j相负序电流的调节量ileg_nsjref。
Figure BDA0003120589480000078
如图5所示，考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制的设计步骤包括：
步骤3.1，将j(j＝a、b、c)相上、下桥臂的子模块电容电压分别求和并计算平均值，将上、下桥臂电容电压平均值进行作差得
Figure BDA0003120589480000079
经过基频陷波器滤波后，获得MMC的j相上、下桥臂电容电压之差
Figure BDA00031205894800000710
Figure BDA00031205894800000711
Figure BDA0003120589480000081
式中，ω1是基频角频率，τ是与陷波器品质因数相关的参数；
步骤3.2，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与反馈值
Figure BDA0003120589480000082
之差通过PI调节器得到调节量△Iarm_j；
Figure BDA0003120589480000083
步骤3.3，为了提高动态响应，引入前馈环节Iff；
Figure BDA0003120589480000084
式中，Idcref为直流母线电压/功率控制的输出；
步骤3.4，将前馈环节Iff加上调节量△Iarm_j之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj；
Figure BDA0003120589480000085
步骤3.5，将前馈环节Iff减去调节量△Iarm_j之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相下桥臂基频电流输出值iarm_nj；
步骤3.6，将三相上桥臂基频电流输出值求和并除以3，得到上桥臂基频电流的零序分量iarm_pzero；将三相下桥臂基频电流输出值求和并除以3，得到下桥臂基频电流的零序分量iarm_nzero；
Figure BDA0003120589480000086
步骤3.7，将j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj减去上桥臂基频电流的零序分量iarm_pzero，得到j相上桥臂基频电流参考值iarm_pjref；将j相下桥臂基频电流输出值iarm_nj减去下桥臂基频电流的零序分量iarm_nzero，得到j相上桥臂基频电流参考值iarm_njref。
Figure BDA0003120589480000087
桥臂内子模块电容电压平衡控制的设计步骤包括：
1)当MMC采用CPS-SPWM调制时，控制框图如图7所示，将MMC的j相上桥臂或下桥臂电容电压平均值
Figure BDA0003120589480000091
与该桥臂内子模块电容电压UCp(n)ji(i＝1,…,N)进行PI调节，得到对应的第i个子模块电压微调量ΔUind_p(n)ji；
Figure BDA0003120589480000092
2)当MMC采用NLM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂内子模块电容电压UCp(n)ji(i＝1,…,N)进行排序，结合NLM调制实现桥臂内子模块电容电压平衡。
由上述MMC的四层结构子模块电容电压均衡控制策略的输出，可得内环桥臂电流控制器的上、下桥臂电流指令值如式(20)所示：
Figure BDA0003120589480000093
其中，iall_jref为子模块全局电容电压平均值控制的输出；ileg_nsjref为权重动态调节的相间电容电压平衡控制中基于负序电流注入的相电容电压控制器的输出，ileg_dcjref为权重动态调节的相间电容电压平衡控制中基于直流电流注入的相电容电压控制器的输出，二者共同实现相间电容电压的平衡；
iarm_p(n)jref为上、下桥臂电容均压控制器的输出，通过调节基频有功在上下桥臂的分配，进而实现每一相上、下桥臂电容电压的平衡，并实现零序环流的抑制；
Idcref/3为外环直流电压/功率控制器输出，实现定直流电压或定功率控制；izacjref为MMC交流环流指令值，实现交流环流的抑制，一般设置izacjref＝0；
i0ref为MMC零序环流指令值，消除交流侧零序电压对直流侧的影响，一般设置i0jref＝0。
图7为根据上述步骤所设计的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制的交流故障穿越实验结果。实验参数为：交流侧线电压额定值为190V(有效值)，直流侧电压额定值为400V，三相MMC的每个桥臂为2个全桥子模块，子模块电容为6000uF，子模块电容电压参考值为200V，桥臂电感为10mH，子模块开关频率为5000Hz。图7中，(A)为W＝0的实验结果，(B)为W＝0.5的实验结果，(C)为W＝1的实验结果；(a)为MMC交流侧电压和三相电流，(b)为MMC桥臂电流和a相环流电流，(c)为MMC直流侧电压和直流侧电流，(d)为MMC的a、b、c相上桥臂第一个子模块电容电压。由实验结果可知，采用本发明的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法时，MMC可有效隔离交流侧故障对直流侧的影响，在交流侧故障下，MMC直流母线电压保持稳定且无纹波，子模块电容电压维持在给定值附近；选取不同的权重系数W均可以实现MMC故障穿越功能，权重系数W越小，所需注入的负序电流则越大，反之越小。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于：该控制方法设置四层子模块电容电压均衡控制；
第一层子模块电容电压均衡控制为子模块全局电容电压平均值控制；
第二层子模块电容电压均衡控制为权重动态调节的相间电容电压平衡控制；
第三层子模块电容电压均衡控制为考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制；
第四层子模块电容电压均衡控制为桥臂内子模块电容电压平衡控制；
由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值。
2.根据权利要求1所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，子模块全局电容电压平均值控制的设计步骤包括：
步骤1.1，采集MMC三相子模块电容值，将三相子模块电容电压求和并计算平均值
Figure FDA0003120589470000011
经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure FDA0003120589470000012
步骤1.2，对MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure FDA0003120589470000013
与指令参考值
Figure FDA0003120589470000014
输入PI调节器进行PI控制，实现三相电容电压平均值跟踪指令参考值ΔIall；
步骤1.3，将PI调节器的输出分别乘以正序锁相环输出的j相相位的正弦量，得到通过子模块全局电容电压平均值控制产生的j相电流指令信号iall_jref，其中，j＝a、b、c。
3.根据权利要求2所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，权重动态调节的相间电容电压平衡控制的设计步骤包括：
步骤2.1，将j相的子模块电容电压求和并计算平均值
Figure FDA0003120589470000015
经过二倍频陷波器滤波后，获得MMC的j相子模块相电容电压平均值
Figure FDA0003120589470000016
步骤2.2，对MMC的j相子模块相电容电压平均值
Figure FDA0003120589470000021
与MMC三相子模块总体电容电压平均值
Figure FDA0003120589470000022
进行PI控制，得到对应的j相的有功功率调节量
Figure FDA0003120589470000023
步骤2.3，定义动态权重系数W，0≤W≤1，将j相的有功功率调节量
Figure FDA0003120589470000024
分配给直流环流产生的功率
Figure FDA0003120589470000025
和负序电流产生的功率
Figure FDA0003120589470000026
分别为
Figure FDA0003120589470000027
和
Figure FDA0003120589470000028
步骤2.4，将分配给直流环流产生的功率
Figure FDA0003120589470000029
除以直流母线电压，得到j相直流环流的调节量ileg_dcjref；
步骤2.5，将分配给负序电流产生的功率
Figure FDA00031205894700000210
变换到αβ坐标系，得ΔPα和ΔPβ，并对α轴的量ΔPα取反，得ΔPα'和ΔPβ'；
对αβ坐标系的功率(ΔPα'和ΔPβ')和电网电压在dq坐标下的正序分量(
Figure FDA00031205894700000211
和
Figure FDA00031205894700000212
)进行如下运算：
Figure FDA00031205894700000213
得到负序电流在dq坐标下参考值；
将dq坐标下的负序电流参考值变换到abc坐标系，得j相负序电流的调节量ileg_nsjref。
4.根据权利要求3所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，考虑零序电流抑制的上下桥臂电容电压平衡控制的设计步骤包括：
步骤3.1，将j相上、下桥臂的子模块电容电压分别求和并计算平均值，将上、下桥臂电容电压平均值进行作差得
Figure FDA00031205894700000214
经过基频陷波器滤波后，获得MMC的j相上、下桥臂电容电压之差
Figure FDA00031205894700000215
步骤3.2，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与
Figure FDA00031205894700000216
之差通过PI调节器得到调节量△Iarm_j；
步骤3.3，引入前馈环节
Figure FDA0003120589470000031
步骤3.4，将前馈环节Iff加上调节量ΔIarm_j之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj；
步骤3.5，将前馈环节Iff减去调节量△Iarm_j之后，乘以0.5倍的j相相位的正弦量，得到j相下桥臂基频电流输出值iarm_nj；
步骤3.6，将j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj求和并除以3，得到上桥臂基频电流的零序分量iarm_pzero；
将三相下桥臂基频电流输出值iarm_nj求和并除以3，得到下桥臂基频电流的零序分量iarm_nzero；
步骤3.7，将j相上桥臂基频电流输出值iarm_pj减去上桥臂基频电流的零序分量iarm_pzero，得到j相上桥臂基频电流参考值iarm_pjref；
将j相下桥臂基频电流输出值iarm_nj减去下桥臂基频电流的零序分量iarm_nzero，得到j相上桥臂基频电流参考值iarm_njref。
5.根据权利要求4所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，桥臂内子模块电容电压平衡控制的设计步骤包括：
当MMC采用CPS-SPWM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂电容电压平均值
Figure FDA0003120589470000032
与该桥臂内子模块电容电压UCp(n)ji，i＝1,…,N，进行PI调节，得到对应的第i个子模块电压微调量ΔUind_p(n)ji；
当MMC采用NLM调制时，将MMC的j相上桥臂或下桥臂内子模块电容电压UCp(n)ji，i＝1,…,N，进行排序，结合NLM调制实现桥臂内子模块电容电压平衡。
6.根据权利要求5所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，由前三层的子模块电容电压均衡控制的输出得到内环桥臂电流控制的电流指令值为：
Figure FDA0003120589470000041
7.一种模块化多电平换流器，每相包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂的每个桥臂由N个半桥模块或全桥模块及桥臂电感组成，其特征在于：对该模块化多电平换流器进行子模块电容电压均衡控制时，采用权利要求1-6任一项所述的MMC四层结构子模块电容电压均衡控制方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114825414A (zh) * 2022-04-14 2022-07-29 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种能量路由器的高压直流故障穿越控制方法及系统
CN116938022A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 国网湖北省电力有限公司 Mmc型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103036210A (zh) * 2012-12-12 2013-04-10 国网智能电网研究院 一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法
WO2014166277A1 (zh) * 2013-04-11 2014-10-16 国家电网公司 一种三相全桥模块化多电平换流器桥臂电容平衡控制方法
CN104135178A (zh) * 2014-08-14 2014-11-05 哈尔滨同为电气股份有限公司 基于交流侧电流补偿的模块化多电平桥臂电容电压平衡控制方法
CN104538982A (zh) * 2014-12-05 2015-04-22 西安交通大学 基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法
WO2015074529A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 国家电网公司 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法
CN105763086A (zh) * 2016-04-07 2016-07-13 电子科技大学 一种mmc变流器的五级子模块电容电压平衡控制方法
CN107046374A (zh) * 2017-02-20 2017-08-15 杭州电子科技大学 一种模块化多电平变换器子模块电容电压均衡控制方法
CN108880307A (zh) * 2018-07-11 2018-11-23 电子科技大学 一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法
CN110350798A (zh) * 2019-06-27 2019-10-18 浙江大学 模块化多电平谐振变换器的桥臂间均压控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103036210A (zh) * 2012-12-12 2013-04-10 国网智能电网研究院 一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法
WO2014166277A1 (zh) * 2013-04-11 2014-10-16 国家电网公司 一种三相全桥模块化多电平换流器桥臂电容平衡控制方法
WO2015074529A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 国家电网公司 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法
CN104135178A (zh) * 2014-08-14 2014-11-05 哈尔滨同为电气股份有限公司 基于交流侧电流补偿的模块化多电平桥臂电容电压平衡控制方法
CN104538982A (zh) * 2014-12-05 2015-04-22 西安交通大学 基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法
CN105763086A (zh) * 2016-04-07 2016-07-13 电子科技大学 一种mmc变流器的五级子模块电容电压平衡控制方法
CN107046374A (zh) * 2017-02-20 2017-08-15 杭州电子科技大学 一种模块化多电平变换器子模块电容电压均衡控制方法
CN108880307A (zh) * 2018-07-11 2018-11-23 电子科技大学 一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法
CN110350798A (zh) * 2019-06-27 2019-10-18 浙江大学 模块化多电平谐振变换器的桥臂间均压控制方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHENGHUI CUI等: "A Comprehensive AC-Side Single-Line-to-Ground Fault Ride Through Strategy of an MMC-Based HVDC System", 《IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS》 *
ZHENYU QI等: "Analysis and Control of Isolated Modular Multilevel DC-DC Converter Under Asymmetric Arm Parameter Conditions", 《2019 IEEE 3RD CONFERENCE ON ENERGY INTERNET AND ENERGY SYSTEM INTEGRATION (EI2)》 *
ZHUJIAN OU等: "Modular Multilevel Converter Control Strategy Based on Arm Current Control Under Unbalanced Grid Condition", 《 IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 *
欧朱建等: "电网电压不对称工况下模块化多电平变换器控制策略", 《中国电机工程学报》 *
郑博文等: "基于分级控制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制", 《智能电网》 *
陶海波等: "电能路由器中基于MMC的超级电容储能系统及其改进SOC均衡控制策略", 《电网技术》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114825414A (zh) * 2022-04-14 2022-07-29 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种能量路由器的高压直流故障穿越控制方法及系统
CN114825414B (zh) * 2022-04-14 2023-12-19 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种能量路由器的高压直流故障穿越控制方法及系统
CN116938022A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 国网湖北省电力有限公司 Mmc型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质
CN116938022B (zh) * 2023-09-18 2023-12-15 国网湖北省电力有限公司 Mmc型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质

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