CN116581790B - 一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法及系统 - Google Patents

一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法及系统，通过对平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解并相位锁相，对平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制平衡馈线和其它馈线的负序电流分量，对直流侧的负载有功功率和平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量，对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制，对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制，从而保障了MACP‑MMC在不平衡电网下的安全稳定运行。

Description

一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及电网控制技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法及系统。
背景技术
在能源结构转型的大背景下，分布式光伏、电动汽车充电桩等新型源荷广泛接入电网，给电网的馈线运行和保护设计将带来了巨大挑战，如单馈线容量不足、电压越限、负荷过载、馈线间负荷和功率不均衡等问题。利用全控型电力电子器件，构建多端馈线柔性互联的中压交直流混合电网，可有效增强配电网的调节能力与新型直流源、荷的消纳能力。其中，换流站作为交流与直流电网间的连接枢纽，通常采用背靠背模块化多电平换流器(back-to-back modular multilevel converter，BTB-MMC)型拓扑结构，尽管该方案具备模块化和灵活拓展的优点，但是其通常包含一个或者多个全功率型换流器，成本高、体积大，不利用规模化的推广与应用。
为解决上述问题，目前提出了一种多中压交直流端口模块化多电平换流器(AModular Multilevel Converter Station with Multiple MVac Ports，MACP-MMC)，如图1所示，该拓扑可看作多端互联模块(multi-port interconnection module, MIM)和模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）两个部分，其中，MIM部分是由与交流馈线相连的潮流调节模块和与MMC相连的能量平衡模块共直流母线构成。各交流馈线经由非全功率潮流调节模块在MIM中进行功率交互，且该模块利用了串联调压的基本原理，仅需较小的电压等级便可实现较大范围的潮流调节，由此显著降低端口拓展时的器件容量需求；并联部分包括MIM中的能量平衡模块与MMC部分，其中能量平衡模块通过调节其输出电压维持MIM内部直流的电压稳定，而MMC部分旨在为交直流端口间提供功率交互的通道，构建中压直流电网。根据系统电压等级与器件参数要求，MIM中的潮流调节模块和能量平衡模块的拓扑可采用两电平半桥型换流器、三电平换流器或者其他单相换流器，MMC子模块可采用两电平半桥型换流器、全桥型换流器、箝位型双子模块拓扑或者多种结构混联拓扑。
但是，在实际装置运行过程中，交流系统难以保证为理想的对称电网，同时，如图2所示，容易出现不对称负载以及不对称故障的发生，如单相接地故障，也将造成交流系统的不平衡。而现有技术中未考虑到不平衡电网对于MACP-MMC运行的影响，难以使MACP-MMC在不平衡电网下的进行安全稳定运行。
发明内容
本发明提供了一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法及系统，解决了现有技术中未考虑到不平衡电网对于MACP-MMC运行的影响，难以使MACP-MMC在不平衡电网下的进行安全稳定运行的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，模块化多电平换流器为多中压交直流端口模块化多电平换流器，所述多中压交直流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的交汇处，交直流线路均经由变电设备接入负载，其方法包括以下步骤：
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相；
通过馈线潮流控制环对所述平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制所述平衡馈线和其它馈线的负序电流分量；
通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和所述平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制所述多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量；
通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制；
通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制。
优选地，获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相的步骤，具体包括：
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，其中，所述平衡馈线为仅控制多中压交直流端口模块化多电平换流器的无功功率大小的交流电线路；
采用Clark变换将平衡馈线的三相电压矢量转换至坐标系中，得到/>坐标系下的正负序电压矢量；
将坐标系下的正负序电压矢量滞后90°，得到/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量；
将坐标系下的正负序电压矢量和/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量进行联立并进行矩阵运算，得到/>坐标系下的电压正负序分量；
利用转换坐标系和静止坐标系间的正序变换矩阵和负序变换矩阵对坐标系下的电压正负序分量进行矩阵运算，得到正负序坐标系下的d-q分量，从而得到平衡馈线的三相电压矢量的正负序分量；
通过锁相环对平衡馈线的三相电压矢量的正序分量进行相位锁相。
优选地，通过馈线潮流控制环对所述平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制所述平衡馈线和其它馈线的负序电流分量的步骤，具体包括：
构建馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量，/>表示平衡馈线的等效电阻，/>表示平衡馈线的滤波电感，表示馈线k的等效电阻，/>表示馈线k的滤波电感，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电压差的分量，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电流，dt为对时间t进行求导，、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电压；
将馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型进行拉普拉斯变换以及比例积分控制器解耦控制，得到所述馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序控制方程为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电流，/>、/>分别表示正、负序下的比例积分控制器中的比例，/>表示拉普拉斯算子，/>、/>分别表示正、负序下的比例积分控制器中的积分系数，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值；
其中，在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值、/>分别为：
；
式中，、/>分别表示馈线k的有功功率参考值、无功功率参考值；
其中，在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值、/>分别为：
。
优选地，通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和所述平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制所述多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量的步骤具体包括：
构建MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型为：
；
；
式中，表示模块化多电平换流器桥臂电感的二分之一，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流，/>表示模块化多电平换流器桥臂等效电阻的二分之一，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的正序电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的正序电压的前馈补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器内部正序等效电动势，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的负序电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的负序电压的前馈补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器内部负序等效电动势；
将MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型进行拉普拉斯变换以及比例积分控制器解耦控制，得到所述MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序控制方程为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对模块化多电平换流器内部正序等效电动势进行潮流调节的等效输出电势差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对模块化多电平换流器内部负序等效电动势进行潮流调节的等效输出电势差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流参考值；
其中，在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流参考值、/>分别为：
；
式中，和/>分别为直流侧的负载有功功率参考值和实际值；kp和ki分别为模块化多电平换流器的有功功率控制中比例积分控制器的比例和积分系数，n表示馈线总数，表示在q轴上对平衡馈线进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值；
其中，在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流参考值、/>分别为：
；
通过下式计算平衡馈线的无功功率为：
；
式中，表示平衡馈线的无功功率，/>表示在d轴上对平衡馈线进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的馈线电压。
优选地，通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制的步骤具体包括：
在同步旋转坐标系下，利用比例积分控制器，通过下式的多端互联模块的有功功率控制的等效数学模型对三相多端互联模块的电容总电压进行控制，其中，多端互联模块的有功功率控制的等效数学模型为：
；
式中，表示多端互联模块的有功功率，/>表示实数运算符，/>表示对馈线k进行潮流调节的输出电压，/>为馈线k电流，/>表示能量平衡调节的输出电压，/>为模块化多电平换流器端口电流，Vck和/>为对馈线k进行潮流调节的输出电压的幅值与相位，Ik和/>分别为馈线k电流/>的幅值与相位，Vbl和/>分别为能量平衡调节的输出电压/>的幅值与相位，Io和/>分别为模块化多电平换流器端口电流/>的幅值与相位；
在同步旋转坐标系下，利用比例积分控制器，基于多端互联模块的三相直流母线电压能量控制的等效数学模型，通过注入零序电压对三相多端互联模块的电容总电压进行均衡控制，其中，多端互联模块的三相直流母线电压能量控制的等效数学模型为：
；
式中，、/>、/>分别表示模块化多电平换流器的交流端口在t时刻的A相电流、B相电流、C相电流，/>表示模块化多电平换流器的角频率；
通过下式计算多端互联模块中注入的零序电压为：
；
式中，表示多端互联模块中注入的零序电压，/>、/>均为比例控制器的输出信号，其中，比例控制器的控制数学方程为：
；
式中，为多端互联模块相间均衡控制中比例控制的比例因子，j为相位序号，表示馈线k在j相的等效输出电压，/>、/>分别表示馈线k在A相、B相的节点电压，、/>分别表示馈线k在A相、B相的交互电压差。
优选地，通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制的步骤，具体包括：
利用积分控制器，通过模块化多电平换流器的桥臂直流环流对模块化多电平换流器的各相电容电压均衡进行无静差控制，其控制数学方程为：
；
式中，为积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值，/>为j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值，/>为模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，k p,cir 和k i,cir 分别为生成桥臂直流环流参考值时的比例和积分控制器系数，/>为实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流，i pj 和i nj 分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂电流，/>为实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值，k p,A 和k i,A 分别为生成桥臂直流调制参考电压的比例和积分控制器系数；
将j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值与模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>进行比较；
若j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>，则增大积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值/>，再通过反馈值调整实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值/>，从而增大实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流/>，从而实现模块化多电平换流器相间电容电压的均衡；
若j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值不小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>，则降低积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值/>，再通过反馈值调整实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值/>，从而降低实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流/>，从而实现模块化多电平换流器相间电容电压的均衡；
利用积分控制器对模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制，其控制数学方程为：
；
式中，、/>分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的参考电压需调节的均衡分量参考值，sign(·)为符号函数，k p,B 为模块化多电平换流器相内均衡控制中的比例增益系数，/>、/>分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压；
将模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压实际值与模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压参考值进行比较；
若模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的实际值小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，则增加j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压，从而实现了相内子模块的电容电压均衡；
若模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的实际值不小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，则降低j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压，从而实现了相内子模块的电容电压均衡。
第二方面，本发明还提供了一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制系统，模块化多电平换流器为多中压交直流端口模块化多电平换流器，所述多中压交直流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的交汇处，交直流线路均经由变电设备接入负载，其系统包括：
相位锁相模块，用于获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相；
馈线潮流控制模块，用于通过馈线潮流控制环对所述平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制所述平衡馈线和其它馈线的负序电流分量；
MMC电流控制模块，用于通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和所述平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制所述多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量；
MIM能量平衡控制模块，用于通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制；
MMC子模块电压均衡控制模块，用于通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制。
优选地，本系统还包括：过压保护模块，所述过压保护模块与所述MIM能量平衡控制模块电连接；
所述过压保护模块包括限压器和晶闸管旁路开关，所述限压器和晶闸管旁路开关并联连接，所述晶闸管旁路开关包括反并联晶闸管、阻容回路、静态电阻和饱和电抗器，所述反并联晶闸管、所述阻容回路和所述静态电阻并联后与所述饱和电抗器串联。
第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机可读指令，所述指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述的方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过对平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解并相位锁相，通过馈线潮流控制环对平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制平衡馈线和其它馈线的负序电流分量，通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量，通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制，通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制，从而解决了不平衡电网对MACP-MMC运行的影响，保障了MACP-MMC在不平衡电网下的安全稳定运行。
附图说明
图1为现有技术中的多中压交直流端口模块化多电平换流器的拓扑图；
图2为现有技术中的基于多中压交流端口模块化多电平换流器在不平衡电网下的多端潮流控制系统的拓扑图；
图3为本发明实施例提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的多中压交流端口模块化多电平换流器各子模块均采用两电平半桥型子模块的装置拓扑结构示意图；
图5为本发明实施例提供的馈线1~3的三相节点电压图；
图6为本发明实施例提供的馈线流入装置的三相电流图；
图7为本发明实施例提供的上级馈线三相电流图；
图8为本发明实施例提供的各馈线的有功功率和无功功率示意图；
图9为本发明实施例提供的MIM子模块电容电压波形图；
图10为本发明实施例提供的MMC的子模块电容电压波形图；
图11为本发明实施例提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制系统的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的晶闸管旁路开关的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，模块化多电平换流器为多中压交直流端口模块化多电平换流器，多中压交直流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的交汇处，交直流线路均经由变电设备接入负载。
其中，多中压交流端口模块化多电平换流器由MIM和MMC两部分构成。其中，多端互联模块MIM包括共享同一公共直流母线且彼此并联的多个潮流调节模块和一个能量平衡模块。各交流线路经由MIM实现功率交互，而交直流侧功率则可经由MMC实现交互。
如图2所示，图2示意了基于多中压交流端口模块化多电平换流器在不平衡电网下的多端潮流控制系统的结构，多端潮流控制系统的核心设备为多中压交流端口模块化多电平换流器装置，其他组成部分还包括多端交流线路、直流线路、负载和变电站；
多中压交流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的汇集处，交直流线路均可经由变电设备接入负载。当交流线路三相节点电压或者所接的三相负载不均衡，该线路上将由此产生不平衡电压或者不平衡电流，从而构建基于多中压交流端口模块化多电平换流器的不平衡电网下的多端潮流控制系统。
在实际装置运行过程中，交流系统难以保证为理想的对称电网，同时，容易出现不对称负载以及不对称故障的发生，如单相接地故障，也将造成交流系统的不平衡。而现有技术中未考虑到不平衡电网对于MACP-MMC运行的影响，难以使MACP-MMC在不平衡电网下的进行安全稳定运行。
为此，本发明提供了一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1、获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相。
需要说明的是，多中压交流端口模块化多电平换流器在互联n条交流线路时，其中有且仅有一条交流线路的有功功率应由系统的有功功率平衡需求决定，仅需控制该交流线路上的无功功率大小，该交流线路被称为平衡馈线。
在理想电网，即平衡电网下，锁相环锁定平衡馈线的三相节点电压，并由此作为整个控制系统的定向相位，但是，在不平衡系统中，不平衡系统中的电压和电流分量均将包含负序分量，无法为锁相电路以及控制环路提供精准的相位定向。因此，为有效实施各控制环路，保障系统的稳定运行，准确获取电网电压矢量以及正确分离各电量中的正负序分量至关重要。
步骤2、通过馈线潮流控制环对平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制平衡馈线和其它馈线的负序电流分量。
其中，馈线潮流控制环在不平衡电流抑制思路下的控制目标为：利用正序潮流控制环进行馈线潮流控制，并利用负序潮流控制环以抑制馈线电流中的负序分量实现不平衡电网对于装置运行的影响抑制。
步骤3、通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量。
其中，MMC电流控制环在不平衡电流抑制思路下的控制目标为：利用正序电流控制环进行直流侧有功功率和平衡馈线无功功率的控制，并利用负序电流抑制控制环抑制流入MMC中电流的负序分量，在馈线2~n的馈线电流精准控制的基础上，进一步实现平衡馈线的电流中负序电流的抑制。
步骤4、通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制。
其中，MIM直流母线电压平衡控制环的控制目标为MIM的公共直流母线的三相电压均稳定在其参考值。
MIM的直流母线电压平衡控制可分为两个层次。第一层次为MIM的总体能量平衡控制，以维持装置内部的总体的电容电压稳定；第二层次为MIM三相直流母线的电容电压均衡控制，以避免由于电路参数或开关损耗等原因造成的某相电压过高，而导致三相的器件电压应力不均衡。
步骤5、通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制。
其中，MMC子模块电压均衡控制环的控制目标为MMC部分的各子模块电压均稳定在其参考值。该子模块电压均衡控制环可分为两个层次，第一层次为MMC电容电压的相间均衡控制，第二层次为MMC相内各子模块电容电压的均衡控制。
需要说明的是，本发明提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，通过对平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解并相位锁相，通过馈线潮流控制环对平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制平衡馈线和其它馈线的负序电流分量，通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量，通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制，通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制，从而解决了不平衡电网对MACP-MMC运行的影响，保障了MACP-MMC在不平衡电网下的安全稳定运行。
同时，本发明和现有的不平衡网络下的模块化多电平换流器相比，无需增设多台全功率模块化多电平换流器，仅需增加三相的小容量潮流调节模块即可进行交流端口的拓展以及不平衡网络下的稳定运行，极大程度的降低了实际工程中设备成本与建设体积。
在一个具体实施例中，步骤1具体包括：
101、获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，其中，平衡馈线为仅控制多中压交直流端口模块化多电平换流器的无功功率大小的交流电线路。
需要说明的是，设定k = 1, 2, …, n为馈线标号，分别表示馈线1~n；j = a, b,c为系统相序，分别表示A、B、C三相，馈线1平衡馈线为；当电网不平衡时，考虑到平衡馈线节点电压中包含负序分量，将其表示为
；
式中，、/>、/>分别为平衡馈线节点的三相电压，/>、/>和/>、/>分别为平衡馈线的节点电压中包含的正负序分量的幅值与相位。
102、采用Clark变换将平衡馈线的三相电压矢量转换至坐标系中，得到坐标系下的正负序电压矢量。
需要说明的是，采用Clark变换将上式转换至坐标系中，可得/>坐标系下的正负序电压矢量为：
；
式中，、/>分别为平衡馈线在/>轴、/>轴的节点电压，/>、/>分别为平衡馈线在/>轴的正序、负序节点电压，/>、/>分别为平衡馈线在/>轴的正序、负序节点电压。
103、将坐标系下的正负序电压矢量滞后90°，得到/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量。
需要说明的是，将坐标系下的正负序电压矢量滞后90°，得到/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量为：
；
式中，、/>分别为平衡馈线滞后90°后在/>轴、/>轴的节点电压；
104、将坐标系下的正负序电压矢量和/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量进行联立并进行矩阵运算，得到/>坐标系下的电压正负序分量。
其中，坐标系下的电压正负序分量为：/>
；
105、利用转换坐标系和静止坐标系间的正序变换矩阵和负序变换矩阵对坐标系下的电压正负序分量进行矩阵运算，得到正负序坐标系下的d-q分量，从而得到平衡馈线的三相电压矢量的正负序分量。
其中，正负序坐标系下的d-q分量为：
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电压，/>表示正序变换矩阵，/>表示负序变换矩阵。
106、通过锁相环对平衡馈线的三相电压矢量的正序分量进行相位锁相。
其中，锁相环采用现有技术中的锁相技术，在此不再赘述。
需要说明的是，正负序分解除适用于平衡馈线节点电压外，同样适用于系统中的其他馈线的电压与电流分量。
在一个具体实施例中，步骤2具体包括：
201、构建馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量，/>表示平衡馈线的等效电阻，/>表示平衡馈线的滤波电感，表示馈线k的等效电阻，/>表示馈线k的滤波电感，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电压差的分量，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电流，dt为对时间t进行求导，、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电压；
202、将馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型进行拉普拉斯变换以及比例积分控制器解耦控制，得到馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序控制方程为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电流，/>、/>分别表示正、负序下的比例积分控制器中的比例，/>表示拉普拉斯算子，/>、/>分别表示正、负序下的比例积分控制器中的积分系数，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值；
其中，通过引入耦合补偿项以实现电流的解耦控制，并加入电压的前馈补偿项以抵消馈线节点电压扰动的影响。
其中，在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值、/>分别为：
；
式中，、/>分别表示馈线k的有功功率参考值、无功功率参考值；
其中，在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值、/>分别为：
。
需要说明的是，馈线潮流控制环中可以抑制不平衡电网对于多中压交流端口模块化多电平换流器的影响，即抑制装置所连馈线中的不平衡电流，因此负序电流参考值可设定为0。
在一个具体实施例中，步骤3具体包括：
301、构建MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型为：
；
；/>
式中，表示模块化多电平换流器桥臂电感的二分之一，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流，/>表示模块化多电平换流器桥臂等效电阻的二分之一，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的正序电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的正序电压的前馈补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器内部正序等效电动势，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的负序电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的负序电压的前馈补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器内部负序等效电动势；
302、将MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型进行拉普拉斯变换以及比例积分控制器解耦控制，得到MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序控制方程为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对模块化多电平换流器内部正序等效电动势进行潮流调节的等效输出电势差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对模块化多电平换流器内部负序等效电动势进行潮流调节的等效输出电势差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流参考值；
需要说明的是，在正负序控制方程中分别引入了正负序下的电流的耦合补偿项和以实现电流的解耦控制，并加入电压的前馈补偿项和以抵消馈线节点电压扰动的影响，其中，耦合补偿项通过测量线路电流中的正负序分量，然后计算得到的，电压前馈补偿项通过测量MMC交流端口电压的正负序分量得到。
其中，在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流参考值、/>分别为：
；
式中，和/>分别为直流侧的负载有功功率参考值和实际值；kp和ki分别为模块化多电平换流器的有功功率控制中比例积分控制器的比例和积分系数，n表示馈线总数，表示在q轴上对平衡馈线进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值；
其中，在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流参考值、/>分别为：
；
303、通过下式计算平衡馈线的无功功率为：
；
式中，表示平衡馈线的无功功率，/>表示在d轴上对平衡馈线进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的馈线电压。
在一个具体实施例中，步骤4具体包括：
401、在同步旋转坐标系下，利用比例积分控制器，通过下式的多端互联模块的有功功率控制的等效数学模型对三相多端互联模块的电容总电压进行控制，其中，多端互联模块的有功功率控制的等效数学模型为：
；
式中，表示多端互联模块的有功功率，/>表示实数运算符，/>表示对馈线k进行潮流调节的输出电压，/>为馈线k电流，/>表示能量平衡调节的输出电压，/>为模块化多电平换流器端口电流，Vck和/>为对馈线k进行潮流调节的输出电压的幅值与相位，Ik和/>分别为馈线k电流/>的幅值与相位，Vbl和/>分别为能量平衡调节的输出电压/>的幅值与相位，Io和/>分别为模块化多电平换流器端口电流/>的幅值与相位；
其中，比例积分控制器集成于MIM直流母线电压平衡控制环内，同时，该旋转坐标系的相角为MMC的端口电流的相位/>，并在d轴下对三相总电压进行控制，以确保控制输出的电压分量获得期望的相位角度。上式表明，为实现MIM的内部直流母线能量平衡，流入MIM中的有功功率应为0。因此，利用第一层次的MIM总体能量平衡控制，可将所需的平衡电压的相位控制成与MMC端口电流的相位一致，从而最大化利用所需电压，即实现总体能量平衡所需的电压幅值最小。
402、在同步旋转坐标系下，利用比例积分控制器，基于多端互联模块的三相直流母线电压能量控制的等效数学模型，通过注入零序电压对三相多端互联模块的电容总电压进行均衡控制，其中，多端互联模块的三相直流母线电压能量控制的等效数学模型为：
；
式中，、/>、/>分别表示模块化多电平换流器的交流端口在t时刻的A相电流、B相电流、C相电流，/>表示模块化多电平换流器的角频率；
403、通过下式计算多端互联模块中注入的零序电压为：
；
式中，表示多端互联模块中注入的零序电压，/>、/>均为比例控制器的输出信号，其中，比例控制器的控制数学方程为：
；
式中，为多端互联模块相间均衡控制中比例控制的比例因子，j为相位序号，表示馈线k在j相的等效输出电压，/>、/>分别表示馈线k在A相、B相的节点电压，、/>分别表示馈线k在A相、B相的交互电压差。
其中，注入的零序电压将与MMC端口电流产生交互，交互功率可表示为：
；
式中，、/>、/>分别表示馈线k在A相、B相、C相的交互功率，/>表示电网的工频周期，/>表示MMC交流端口的a相电流。
由上式可知，注入的零序电压可实现MIM三相间能量的相互转移，而并不影响三相MIM的总能量平衡。因此，该零序电压注入方式可实现MIM三相直流母线电压的均衡。除比例控制器外，还可使用比例积分控制器以消除电压控制的稳态误差。
在一个具体实施例中，步骤5具体包括：
501、利用积分控制器，通过模块化多电平换流器的桥臂直流环流对模块化多电平换流器的各相电容电压均衡进行无静差控制，其控制数学方程为：
；
式中，为积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值，/>为j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值，/>为模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，k p,cir 和k i,cir 分别为生成桥臂直流环流参考值时的比例和积分控制器系数，/>为实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流，i pj 和i nj 分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂电流，/>为实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值，k p,A 和k i,A 分别为生成桥臂直流调制参考电压的比例和积分控制器系数；
其中，积分控制器集成于MMC子模块电压均衡控制环内，针对MMC电容电压相间均衡控制，可通过改变桥臂的直流环流实现相间能量的转移，从而实现三相子模块电容电压的均衡。该控制可利用比例积分控制器实现各相电容电压均衡的无静差控制。
502、将j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值与模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>进行比较；
503、若j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>，则增大积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值/>，再通过反馈值调整实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值/>，从而增大实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流/>，从而实现模块化多电平换流器相间电容电压的均衡；
504、若j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值不小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>，则降低积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值/>，再通过反馈值调整实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值/>，从而降低实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流/>，从而实现模块化多电平换流器相间电容电压的均衡；
505、利用积分控制器对模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制，其控制数学方程为：
；
式中，、/>分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的参考电压需调节的均衡分量参考值，sign(·)为符号函数，k p,B 为模块化多电平换流器相内均衡控制中的比例增益系数，/>、/>分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压；
其中，MMC电容电压相内均衡控制，相内的各模块电容电压可能会由于电网不平衡或者器件参数等各种原因存在不一致性，因此需进一步采取一定方法实现电容电压的相内均衡控制。
506、将模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压实际值与模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压参考值进行比较；
507、若模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的实际值小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，则增加j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压，从而实现了相内子模块的电容电压均衡；
508、若模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的实际值不小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，则降低j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压，从而实现了相内子模块的电容电压均衡。
以下结合具体实施案例进行具体说明。其中，实施案例中多中压交流端口模块化多电平换流器的各子模块均采用两电平半桥型结构，且均在不平衡电网下实现三条交流线路的柔性互联，如附图4所示。
图4中所示系统在是不平衡电网下装置稳定运行控制的情况实施。参照图4，多中压交流端口模块化多电平换流器所连的三条交流馈线节点电压以及相应的三相负载均采用不对称设计方式。
多中压交流端口模块化多电平换流器各子模块均采用半桥型子模块时，基于负序电流抑制的装置稳定运行控制策略采用本方法中的控制策略。通过调节串联在馈线上的潮流调节半桥型子模块和MMC的输出电压的幅值与相位，一方面精准控制馈线潮流，另一方面实现相应线路上负序电流的抑制；通过在能量平衡半桥型子模块中注入正序与零序电压，在三相直流母线总体能量平衡的基础上实现三相相间能量的交互，以达到三相电压均衡的目的。
以下结合具体的仿真实例来对上述实施案例中的方法应用进一步说明。
结合上述实施案例，以下采用MATLAB/Simulink软件针对系统进行仿真验证，仿真系统参数如表1所示。
表1
仿真实例：
由多中压交流端口模块化多电平换流器在不平衡电网下实现柔性互联的三条交流线路互联系统，其连接示意图参考图4。该系统中多中压交流端口模块化多电平换流器的MIM中包含四个半桥型子模块，其中与交流馈线相连的三个半桥型子模块分别控制各自相连馈线的电流、有功和无功功率，对应的控制环为馈线潮流控制环；与MMC相连的半桥型子模块控制公共直流母线的电压稳定，对应的控制环为MIM能量平衡控制环；MMC对系统直流侧有功、平衡馈线的馈线电流及无功功率进行控制。
仿真实例中潮流调节半桥型子模块的电压分配方式，考虑优化目标为各子模块所需的电压交流成分幅值最小，即与平衡馈线相连的潮流调节半桥型子模块的输出电压的选取满足/>取到最小值。
为验证多中压交流端口模块化多电平换流器在不平衡电网下的装置稳定运行控制技术，仿真时序如下：
t=0~0.1s为阶段1，各馈线节点电压与负载均为对称运行状态，此时各交流馈线均向中压直流侧传输0.9MW的有功功率。
t=0.1s~0.3s为阶段2，当t=0.1s时，各馈线节点电压或负载发生不对称故障，负序分量占比如表1所示。
t=0.3s~0.5s为阶段3，在t=0.3s时，负序控制器投入以实现交流馈线负序电流抑制。
图5~10为仿真实施例的仿真结果，总共包含6幅波形图，依次为馈线1~3的三相节点电压图、馈线流入装置的三相电流图、上级馈线三相电流图、各馈线的有功功率和无功功率情况、MIM子模块电容电压波形和MMC的子模块电容电压波形。
由图5~10的仿真波形结果表明，多中压交流端口模块化多电平换流器在不平衡电网中互联了三条交流线路的情况下，一方面实现了各馈线的有功功率与无功功率的主动控制，另一方面又保持了装置内部内部能量平衡，即电容电压稳定。此外，图7还表明基于负序电流抑制的装置稳定运行控制方案的有效性，即在图4中负序电流抑制控制环投入后，各馈线电流中的负序分量均将为0。
以上为本发明提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制系统的实施例的详细描述。
为了便于理解，请参阅图11，本发明提供的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制系统，模块化多电平换流器为多中压交直流端口模块化多电平换流器，多中压交直流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的交汇处，交直流线路均经由变电设备接入负载，其系统包括：
相位锁相模块100，用于获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相；
馈线潮流控制模块200，用于通过馈线潮流控制环对平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制平衡馈线和其它馈线的负序电流分量；
MMC电流控制模块300，用于通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量；
MIM能量平衡控制模块400，用于通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制；
MMC子模块电压均衡控制模块500，用于通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制。
在一个具体实施例中，还包括：过压保护模块，过压保护模块与MIM能量平衡控制模块电连接；
过压保护模块包括限压器和晶闸管旁路开关，限压器和晶闸管旁路开关并联连接，如图12所示，晶闸管旁路开关包括反并联晶闸管、阻容回路、静态电阻和饱和电抗器，反并联晶闸管、阻容回路和静态电阻并联后与饱和电抗器串联。
需要说明的是，为了避免故障情况下换流器内部器件的严重损坏，还设置了过压保护模块，通过在MIM能量平衡控制模块的交流输出端口与直流母线间并联实现。
其中，限压器采用金属氧化物限压器(Metal-oxide Varistors, MOV)，金属氧化物限压器将电压限制在保护水平，通过在子模块的交流输出端口并联晶闸管旁路开关，在子模块故障时可通过晶闸管旁路开关快速旁路故障的子模块，同时投入冗余的子模块，使得子模块的故障并不影响设备的总体运行。
同时，MMC子模块的直流侧配有用于电容能量释放的直流卸荷电路，防止过压损坏功率器件。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器中储存有计算机可读指令，指令被处理器执行时，使得处理器执行如上述的方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，计算机可读存储介质和电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM）、随机存取存储器（英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，模块化多电平换流器为多中压交直流端口模块化多电平换流器，所述多中压交直流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的交汇处，交直流线路均经由变电设备接入负载，其特征在于，其方法包括以下步骤：
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相；
通过馈线潮流控制环对所述平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制所述平衡馈线和其它馈线的负序电流分量；
通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和所述平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制所述多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量；
通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制；
通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制；
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相的步骤，具体包括：
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，其中，所述平衡馈线为仅控制多中压交直流端口模块化多电平换流器的无功功率大小的交流电线路；
采用Clark变换将平衡馈线的三相电压矢量转换至坐标系中，得到/>坐标系下的正负序电压矢量；
将坐标系下的正负序电压矢量滞后90°，得到/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量；
将坐标系下的正负序电压矢量和/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量进行联立并进行矩阵运算，得到/>坐标系下的电压正负序分量；
利用转换坐标系和静止坐标系间的正序变换矩阵和负序变换矩阵对坐标系下的电压正负序分量进行矩阵运算，得到正负序坐标系下的d-q分量，从而得到平衡馈线的三相电压矢量的正负序分量；
通过锁相环对平衡馈线的三相电压矢量的正序分量进行相位锁相。
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，其特征在于，通过馈线潮流控制环对所述平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制所述平衡馈线和其它馈线的负序电流分量的步骤，具体包括：
构建馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量，/>表示平衡馈线的等效电阻，/>表示平衡馈线的滤波电感，/>表示馈线k的等效电阻，/>表示馈线k的滤波电感，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电压差的分量，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电流，、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电流，dt为对时间t进行求导，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的正序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电压，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的负序馈线电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的负序馈线电压；
将馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型进行拉普拉斯变换以及比例积分控制器解耦控制，得到所述馈线潮流控制环在d-q坐标系下的正负序控制方程为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的馈线k的正序馈线电流，/>、/>分别表示正、负序下的比例积分控制器中的比例，/>表示拉普拉斯算子，/>、/>分别表示正、负序下的比例积分控制器中的积分系数，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、分别表示在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值；
其中，在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行正序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值、/>分别为：
；
式中，、/>分别表示馈线k的有功功率参考值、无功功率参考值；
其中，在d轴、q轴上对平衡馈线和馈线k进行负序潮流调节的等效输出电流差的分量参考值、/>分别为：
。
3.根据权利要求2所述的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，其特征在于，通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和所述平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制所述多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量的步骤具体包括：
构建MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型为：
；
；
式中，表示模块化多电平换流器桥臂电感的二分之一，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流，/>表示模块化多电平换流器桥臂等效电阻的二分之一，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的正序电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的正序电压的前馈补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器内部正序等效电动势，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的负序电流的耦合补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的负序电压的前馈补偿项，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器内部负序等效电动势；
将MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序潮流等效数学模型进行拉普拉斯变换以及比例积分控制器解耦控制，得到所述MMC电流控制环在d-q坐标系下的正负序控制方程为：
；
；
式中，、/>分别表示在d轴、q轴上对模块化多电平换流器内部正序等效电动势进行潮流调节的等效输出电势差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上对模块化多电平换流器内部负序等效电动势进行潮流调节的等效输出电势差的分量参考值，、/>分别表示在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流参考值；
其中，在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口正序电流参考值、分别为：
；
式中，和/>分别为直流侧的负载有功功率参考值和实际值；kp和ki分别为模块化多电平换流器的有功功率控制中比例积分控制器的比例和积分系数，n表示馈线总数，/>表示在q轴上对平衡馈线进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值；
其中，在d轴、q轴上的模块化多电平换流器的交流端口处的端口负序电流参考值、分别为：
；
通过下式计算平衡馈线的无功功率为：
；
式中，表示平衡馈线的无功功率，/>表示在d轴上对平衡馈线进行正序潮流调节的等效输出电压差的分量参考值，/>、/>分别表示在d轴、q轴上的平衡馈线的馈线电压。
4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，其特征在于，通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制的步骤具体包括：
在同步旋转坐标系下，利用比例积分控制器，通过下式的多端互联模块的有功功率控制的等效数学模型对三相多端互联模块的电容总电压进行控制，其中，多端互联模块的有功功率控制的等效数学模型为：
；
式中，表示多端互联模块的有功功率，/>表示实数运算符，/>表示对馈线k进行潮流调节的输出电压，/>为馈线k电流，/>表示能量平衡调节的输出电压，/>为模块化多电平换流器端口电流，Vck和/>为对馈线k进行潮流调节的输出电压的幅值与相位，Ik和分别为馈线k电流/>的幅值与相位，Vbl和/>分别为能量平衡调节的输出电压/>的幅值与相位，Io和/>分别为模块化多电平换流器端口电流/>的幅值与相位；
在同步旋转坐标系下，利用比例积分控制器，基于多端互联模块的三相直流母线电压能量控制的等效数学模型，通过注入零序电压对三相多端互联模块的电容总电压进行均衡控制，其中，多端互联模块的三相直流母线电压能量控制的等效数学模型为：
；
式中，、/>、/>分别表示模块化多电平换流器的交流端口在t时刻的A相电流、B相电流、C相电流，/>表示模块化多电平换流器的角频率；
通过下式计算多端互联模块中注入的零序电压为：
；
式中，表示多端互联模块中注入的零序电压，/>、/>均为比例控制器的输出信号，其中，比例控制器的控制数学方程为：
；
式中，为多端互联模块相间均衡控制中比例控制的比例因子，j为相位序号，/>表示馈线k在j相的等效输出电压，/>、/>分别表示馈线k在A相、B相的节点电压，、/>分别表示馈线k在A相、B相的交互电压差。
5.根据权利要求4所述的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制方法，其特征在于，通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制的步骤，具体包括：
利用积分控制器，通过模块化多电平换流器的桥臂直流环流对模块化多电平换流器的各相电容电压均衡进行无静差控制，其控制数学方程为：
；
式中，为积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值，/>为j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值，/>为模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，k p,cir 和k i,cir 分别为生成桥臂直流环流参考值时的比例和积分控制器系数，/>为实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流，i pj 和i nj 分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂电流，/>为实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值，k p,A 和k i,A 分别为生成桥臂直流调制参考电压的比例和积分控制器系数；
将j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值与模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>进行比较；
若j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>，则增大积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值/>，再通过反馈值调整实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值/>，从而增大实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流/>，从而实现模块化多电平换流器相间电容电压的均衡；
若j相模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的均值不小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值/>，则降低积分控制器输出的j相的模块化多电平换流器的桥臂直流环流参考值/>，再通过反馈值调整实现相内均衡的模块化多电平换流器调制电压中调节分量的参考值/>，从而降低实际的j相模块化多电平换流器桥臂直流环流，从而实现模块化多电平换流器相间电容电压的均衡；
利用积分控制器对模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制，其控制数学方程为：
；
式中，、/>分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的参考电压需调节的均衡分量参考值，sign(·)为符号函数，k p,B 为模块化多电平换流器相内均衡控制中的比例增益系数，/>、/>分别为j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压；
将模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压实际值与模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压参考值进行比较；
若模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的实际值小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，则增加j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压，从而实现了相内子模块的电容电压均衡；
若模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的实际值不小于模块化多电平换流器桥臂内子模块电容电压的参考值，则降低j相模块化多电平换流器的上、下桥臂中第k个子模块的电容电压，从而实现了相内子模块的电容电压均衡。
6.一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制系统，模块化多电平换流器为多中压交直流端口模块化多电平换流器，所述多中压交直流端口模块化多电平换流器安装于多端交直流电线路的交汇处，交直流线路均经由变电设备接入负载，其特征在于，其系统包括：
相位锁相模块，用于获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相；
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，对所述平衡馈线的三相电压矢量进行正负序分量分解，对正负序分量分解后的平衡馈线进行相位锁相，具体包括：
获取多端交直流电线路中的平衡馈线的三相电压矢量，其中，所述平衡馈线为仅控制多中压交直流端口模块化多电平换流器的无功功率大小的交流电线路；
采用Clark变换将平衡馈线的三相电压矢量转换至坐标系中，得到/>坐标系下的正负序电压矢量；
将坐标系下的正负序电压矢量滞后90°，得到/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量；
将坐标系下的正负序电压矢量和/>坐标系下滞后90°的正负序电压矢量进行联立并进行矩阵运算，得到/>坐标系下的电压正负序分量；
利用转换坐标系和静止坐标系间的正序变换矩阵和负序变换矩阵对坐标系下的电压正负序分量进行矩阵运算，得到正负序坐标系下的d-q分量，从而得到平衡馈线的三相电压矢量的正负序分量；
通过锁相环对平衡馈线的三相电压矢量的正序分量进行相位锁相；
馈线潮流控制模块，用于通过馈线潮流控制环对所述平衡馈线和其它馈线的正序电流分量进行平衡控制，并抑制所述平衡馈线和其它馈线的负序电流分量；
MMC电流控制模块，用于通过MMC电流控制环对直流侧的负载有功功率和所述平衡馈线的无功功率进行平衡控制，并抑制所述多中压交直流端口模块化多电平换流器所连馈线的负序电流分量；
MIM能量平衡控制模块，用于通过MIM直流母线电压平衡控制环对多端互联模块的有功功率和多端互联模块的三相直流母线电压能量进行平衡控制；
MMC子模块电压均衡控制模块，用于通过MMC子模块电压均衡控制环对模块化多电平换流器的相间电容电压和模块化多电平换流器相内各子模块电容电压进行平衡控制。
7.根据权利要求6所述的一种模块化多电平换流器在不平衡电网的抑制系统，其特征在于，还包括：过压保护模块，所述过压保护模块与所述MIM能量平衡控制模块电连接；
所述过压保护模块包括限压器和晶闸管旁路开关，所述限压器和晶闸管旁路开关并联连接，所述晶闸管旁路开关包括反并联晶闸管、阻容回路、静态电阻和饱和电抗器，所述反并联晶闸管、所述阻容回路和所述静态电阻并联后与所述饱和电抗器串联。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。
9.一种电子设备，包括存储器及处理器，其特征在于，所述存储器中储存有计算机可读指令，所述指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的方法。
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