CN116938022B - Mmc型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质，该装置包括外环电压/功率控制模块、全局‑相间‑桥臂间子模块电容电压均衡控制模块、内环电流控制模块、调制模块。本发明不仅适用于正常运行工况，也适用于外部交流电网故障引起的电压不平衡工况、直流电网故障和内部子模块故障工况等场景，保障内外部故障时电力电子能量变换器自身安全。在交流侧故障时，向电网注入动态无功电流，以协助故障隔离后电网电压的恢复；在直流侧故障时，将故障影响限制在直流侧，消除对交流电网的过流冲击，防止故障影响范围扩大；在冗余子模块耗尽时，维持模块电容电压稳定，避免影响交直流电网。
Description
技术领域
本发明属于电力电子能量变换器技术领域，更具体地，涉及一种MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质。
背景技术
随着电网分布直流电源、多类型直流负荷及储能系统的应用，可再生能源友好接入、电网高电能质量供电、线路输送容量扩容等电力需求日益增大。其中，电力电子能量变换器是实现100%可再生能源独立电网的多电压等级交直流柔性互联及多端口电能控制的核心装备，对大幅提升能源利用效率和柔性互联交直流电网具有重大意义。现阶段中高压大功率电力电子能量变换器的拓扑结构多采用模块化多电平形式（Modular MultilevelConverter, MMC）和级联H桥形式（Cascaded H-Bridge, CHB）两种方案。由于MMC结构的电力电子能量变换器能够同时提供高压交流端口、高压直流端口，可柔性互联中高压交流电网（如10 kV交流电网）和中高压直流电网（如20 kV直流电网），因此，MMC型电力电子能量变换器更适合应用于未来高比例新能源交直流电网。
MMC型电力电子能量变换器所需应对的故障类型包括：外部交流电网故障、外部直流电网故障、以及内部子模块故障。MMC型电力电子能量变换器运行性能将同时受交流电网故障和直流电网故障的影响。交流电网故障会导致三相电压不对称、电压跌落等问题，直流电网极对极、极对地短路故障会造成直流电压跌落。外部交流、直流电网故障都极易导致电力电子能量变换器出现子模块过压、桥臂过流等安全问题，严重影响了其不间断运行，导致新能源脱网。在电网故障期间，性能良好的故障控制策略不仅能维护电力电子能量变换器自身安全，而且能有效降低故障对电网运行安全和供电可靠性带来的危害，并协助故障隔离后的快速供电恢复。此外，故障控制策略对交直流柔性配电网的故障特性具有决定性影响，是电网故障分析和继电保护研究的基础。
现有应对外部电网故障主要有两类方案。（1）被动闭锁保护：通过被动闭锁电力电子能量变换器以阻断故障电流，闭锁期间，交流电网和直流电网、电力电子能量变换器高压侧和低压侧均处于隔离状态，无法保证其不间断运行，并且电力电子能量变换器重启过程复杂、耗时较长，不利于分布式电源、用户等设备的不间断运行和交直流电网可靠性的提高。（2）故障穿越控制：现有的电力电子能量变换器交流侧故障控制策略主要借鉴新能源的负序电流抑制等处理手段，没有充分考虑电力电子能量变换器的结构特点、运行模式、功率流向等因素的影响；其直流侧故障控制策略主要考虑直流限流方面，未充分考虑内部子模块电容电压均衡的影响。此外，电力电子能量变换器现有的故障控制将交流侧故障和直流侧故障分开处理，未考虑交直流故障耦合性和控制的统一性。
电力电子能量变换器的内部子模块故障会造成子模块电容电压过压、桥臂电流冲击等危害。为了提升电力电子能量变换器的可靠性，通常需要配置冗余子模块，常见的冗余子模块配置方法包括冷备用和热备用两种，过多配置冗余子模块会增加投资成本。此外，当桥臂中的冗余子模块耗尽时，桥臂工作在无冗余子模块状态。若继续发生子模块故障时，会产生交流电压和电流畸变、直流电压和电流波动、环流增大等后果，甚至威胁系统的正常运行。因此，电力电子能量变换器的桥臂中无冗余子模块时，有必要采取一定的措施，保证交直流电压和电流的质量，提高其运行可靠性。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种MMC型能量变换器故障控制方法、装置、系统及介质，在不同的电网外部故障和子模块内部故障等工况下，在满足维护自身运行安全、维持有功平衡、协助电压恢复等共性要求的同时，充分发挥调控能力，尽可能降低故障对电网的影响。
一种MMC型能量变换器故障控制方法，包括如下步骤：
根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；
在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；
控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流指令值，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流指令值根据所述直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值以及电流指令值得到；
根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；
根据所述上、下桥臂的子模块调制电压参考值产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断。
进一步的，所述根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，具体包括：
当电力电子能量变换器工作于外环定直流母线电压/定无功功率模式时，采集直流母线电压实际值Vdc，将直流母线电压指令参考值Vdcref与直流母线电压实际值Vdc作差，并输入PI调节器进行PI控制，得到所述直流母线电流参考值Idcref；；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器工作于外环定有功功率/无功功率模式时，将有功功率指令值Pref与有功功率实际值P作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器检测到直流电网故障时，切换至外环直流限流/无功控制模式，将直流母线限流指令值Ilimitref与直流母线电流实际值Idc作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref。
进一步的，所述电流指令值包括：通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号iacjref、通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生的j相直流环流的调节量ilegdcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref、以及通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
进一步的，所述通过子模块电容电压全局控制产生j相电流指令信号iacjre，具体为：
根据采集的j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vpj_cz和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vnj_cz，计算得到电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值VC_ave、j相相单元的子模块电容电压和vj_c_sum、以及MMC的j相上、下桥臂电容电压之差；
将三相子模块总体电容电压平均值VC_ave与指令参考值VC_ref输入PI调节器进行PI控制，得到三相电容电压平均值跟踪指令参考值Iacref，将PI调节器的输出Iacref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所述j相电流指令信号iacjref，其中，j=a、b、c；
所述通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生j相直流环流的调节量ilegdcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref，具体为：
对电力电子能量变换器的j相子模块相电容电压平均值vj_c_sum与三相子模块总体电容电压平均值VC_ave进行PI控制，得到对应的j相的功率调节量，将j相的功率调节量分别乘以协调系数W1、W2和W3，分配给零序电压产生的功率/>、直流环流产生的功率/>和负序电流产生的功率/>，将分配给直流环流产生的功率/>除以直流母线电压，得到所述j相直流环流的调节量ilegdcjref；将分配给负序电流产生的功率变换到/>坐标系，并对轴的量取反，对/>坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行运算，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，得到所述j相负序电流的调节量ileg_njref；
所述通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref，具体为：
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，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，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与j相上、下桥臂电容电压之差/>通过PI调节器得到调节量△Iarm_j ，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；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，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，根据所述j相上桥臂基频电流输出值iarm_pjj相下桥臂基频电流输出值iarm_nj得到所述j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
进一步的，所述根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值，具体包括：
将参考桥臂电流指令值后在dq坐标或者abc坐标进行负反馈控制，得到j相上、下桥臂输出电压指令值和/>；
结合桥臂内子模块电容电压平衡控制，得到j相上、下桥臂第z个子模块调制电压参考值、/>。
进一步的，还包括：提取电力电子能量变换器交流侧并网点正序电压相位，为所述外环电压/功率控制模块和所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块提供参考相位。
一种MMC型能量变换器故障控制装置，包括：
外环电压/功率控制模块，用于根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；
全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块，用于在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；
内环电流控制模块，用于控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流指令值，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流指令值根据所述外环电压/功率控制模块输出的直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值以及所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块输出的电流指令值得到；
桥臂内子模块电容电压均衡控制模块，用于根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；
调制模块，用于根据所述上、下桥臂的子模块调制电压参考值产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断。
进一步的，所述外环电压/功率控制模块，具体用于：
当电力电子能量变换器工作于外环定直流母线电压/定无功功率模式时，采集直流母线电压实际值Vdc，将直流母线电压指令参考值Vdcref与直流母线电压实际值Vdc作差，并输入PI调节器进行PI控制，得到所述直流母线电流参考值Idcref；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器工作于外环定有功功率/无功功率模式时，将有功功率指令值Pref与有功功率实际值P作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器检测到直流电网故障时，切换至外环直流限流/无功控制模式，将直流母线限流指令值Ilimitref与直流母线电流实际值Idc作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref。
进一步的，所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块输出的电流指令值包括：通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号iacjref、通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生的j相直流环流的调节量ilegdcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref、以及通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
进一步的，所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块包括子模块电容电压预处理模块、全局子模块电容电压均衡控制模块、相间子模块电容电压均衡控制模块、桥臂间子模块电容电压均衡控制模块；
所述子模块电容电压预处理模块，用于根据采集的j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vpj_cz和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vnj_cz，计算得到电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值VC_ave、j相相单元的子模块电容电压和vj_c_sum、以及MMC的j相上、下桥臂电容电压之差；
所述全局子模块电容电压均衡控制模块，用于将三相子模块总体电容电压平均值VC_ave与指令参考值VC_ref输入PI调节器进行PI控制，得到三相电容电压平均值跟踪指令参考值Iacref，将PI调节器的输出Iacref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所述j相电流指令信号iacjref，其中，j=a、b、c；
所述相间子模块电容电压均衡控制模块，用于对电力电子能量变换器的j相子模块相电容电压平均值vj_c_sum与三相子模块总体电容电压平均值VC_ave进行PI控制，得到对应的j相的功率调节量，将j相的功率调节量分别乘以协调系数W1、W2和W3，分配给零序电压产生的功率/>、直流环流产生的功率/>和负序电流产生的功率/>，将分配给直流环流产生的功率/>除以直流母线电压，得到所述j相直流环流的调节量ilegdcjref；将分配给负序电流产生的功率变换到/>坐标系，并对/>轴的量取反，对/>坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行运算，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，得到所述j相负序电流的调节量ileg_njref；
所述桥臂间子模块电容电压均衡控制模块，用于将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，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，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与j相上、下桥臂电容电压之差/>通过PI调节器得到调节量△Iarm_j ，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；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，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，根据所述j相上桥臂基频电流输出值iarm_pjj相下桥臂基频电流输出值iarm_nj得到所述j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
进一步的，所述桥臂内子模块电容电压均衡控制模块，具体用于：
将参考桥臂电流指令值后在dq坐标或者abc坐标进行负反馈控制，得到j相上、下桥臂输出电压指令值和/>；
结合桥臂内子模块电容电压平衡控制，得到j相上、下桥臂第z个子模块调制电压参考值、/>。
进一步的，还包括：锁相环模块，用于提取电力电子能量变换器交流侧并网点正序电压相位，为所述外环电压/功率控制模块和所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块提供参考相位。
一种MMC型能量变换器故障控制系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行所述的MMC型能量变换器故障控制方法。
一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的MMC型能量变换器故障控制方法。
本发明相对现有技术具有如下有益效果：
本发明不仅适用于正常运行工况，也适用于外部交流电网故障引起的电压不平衡工况、直流电网故障和内部子模块故障工况等场景，保障内外部故障时电力电子能量变换器自身安全。在交流侧故障时，向电网注入动态无功电流，以协助故障隔离后电网电压的恢复；在直流侧故障时，将故障影响限制在直流侧，消除对交流电网的过流冲击，防止故障影响范围扩大；在冗余子模块耗尽时，维持模块电容电压稳定，避免影响交直流电网。
本发明适用于交流故障、直流故障和子模块故障时MMC型能量变换器通用化故障控制系统，根据实际工程情况，可以对控制系统进行简化，例如，当桥臂还有冗余子模块时，桥臂间子模块电容电压平衡控制无需运行；对于相间不平衡情况，可以灵活利用直流环流、负序电流和零序电压三个自由度任意组合进行相间子模块电容电压平衡控制，在实际工程中可以采用任意一个自由度或者组合实现相间平衡控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种MMC型能量变换器故障控制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中外环电压/功率控制模块示意图；
图3是本发明实施例中全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块的模块框图；
图4是本发明实施例中基于相功率协调的相间电容电压平衡控制框图；
图5是采用常规相间电容电压平衡控制策略仿真结果；
图6是采用本发明实施例中基于相功率协调的相间电容电压平衡控制仿真结果。
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。
请参阅图1-5，本发明第一方面提供一种MMC型能量变换器故障控制装置，包括外环电压/功率控制模块、全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块、内环电流控制模块、桥臂内子模块电容电压均衡控制模块、调制模块以及锁相环模块。
所述外环电压/功率控制模块，用于根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值Idcref和无功电流幅值指令值Iqref，所述工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式。
所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块，用于在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；所述电流指令值包括：通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号iacjref、通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生的j相直流环流的调节量ilegdcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref、以及通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上、下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。所述内环电流控制模块，用于控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流根据所述外环电压/功率控制模块输出的直流母线电流参考值Idcref和无功电流幅值指令值Iqref以及所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块输出的电流指令值得到；所述桥臂内子模块电容电压均衡控制模块，用于根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；
所述调制模块，用于根据桥臂内子模块电容电压均衡控制模块输出的产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断；
所述锁相环模块，用于提取电力电子能量变换器交流侧并网点正序电压相位，为所述外环电压/功率控制模块和所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块提供参考相位。本发明实施例的能量路由器是跟网型的，需要获取电网相位，该相位是全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块的参考相位。例如：全局子模块电容电压均衡控制是为了保证所有子模块电容电压跟踪子模块电容电压指令值，此时，全局子模块电容电压均衡控制产生的电流是需要和电网电压同相位，也就是吸收有功或者发出有功来补偿全部子模块消耗的有功功率。再比如，对于无功电流指令，无功应该是超前或者滞后电网电压90°的，此时也需要用该参考相位来得到无功电流的相位。
基于上述，当电力电子能量变换器工作于外环定直流母线电压/定无功功率模式时，采集直流母线电压实际值Vdc，将直流母线电压指令参考值Vdcref与直流母线电压实际值Vdc作差，并输入PI调节器进行PI控制，得到直流母线电流参考值Idcref为；
其中和/>是PI的比例和积分参数；
在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值。
当电力电子能量变换器工作于外环定有功功率/无功功率模式时，将有功功率指令值Pref与有功功率实际值P作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到直流母线电流参考值Idcref为：
在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值。
当电力电子能量变换器检测到直流电网故障时，需切换至外环直流限流/无功控制模式，将直流母线限流指令值Ilimitref与直流母线电流实际值Idc作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到直流母线电流参考值Idcref为：
将交流侧无功功率指令值Qref（无故障下Qref一般选取为0）与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到无功电流幅值指令值Iqref，无功电流幅值Iqref分别乘以三相无功电流相位，得到三相无功电流指令值iqjref（j=a,b,c）为：
式中，ω+t为交流侧正负相位。
当交流电网故障导致电压跌落时，对无功电流幅值指令值Iqref进行修正，根据正序电压跌落深度，按照比例向电网提供动态无功支撑，则其无功电流幅值指令值Iqref修正为：
式中，Ilim表示电力电子能量变换器的载流上限值，为交流电网正序电压；K1为动态无功电流比例系数。
如图3所示，所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块包括子模块电容电压预处理模块、全局子模块电容电压均衡控制模块、相间子模块电容电压均衡控制模块、桥臂间子模块电容电压均衡控制模块。
优选地，子模块全局电容电压平均值控制步骤包括：
步骤1.1，子模块电容电压预处理模块根据采集的j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vpj_cz和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vnj_cz，计算得到电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值VC_ave、j相相单元的子模块电容电压和vj_c_sum、以及MMC的j相上、下桥臂电容电压之差。
具体的，全局子模块电容电压均衡控制模块根据j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vpj_cz和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vnj_cz，求得j相上下桥臂子模块电容电压和（vpj_c_sum、vnj_c_sum）为：
式中，Npj、Nnj分别为j相上、下桥臂中可投入运行的子模块个数。
根据j相上下桥臂子模块电容电压和（vpj_c_sum、vnj_c_sum）计算经过二倍频陷波器滤波后的j相相单元的子模块电容电压和（vj_c_sum）为：
将三相子模块电容电压求和并计算平均值，获得电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值VC_ave为：
步骤1.2，全局子模块电容电压均衡控制模块将三相子模块总体电容电压平均值VC_ave与指令参考值VC_ref输入PI调节器进行PI控制，得到三相电容电压平均值跟踪指令参考值Iacref；
步骤1.3，将PI调节器的输出Iacref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iac_jref，其中，j=a、b、c：
优选地，如图4所示，基于相功率协调的相间电容电压平衡控制步骤包括：
步骤2.1，相间子模块电容电压均衡控制模块对电力电子能量变换器的j相子模块相电容电压平均值（vj_c_sum）与三相子模块总体电容电压平均值VC_ave进行PI控制，得到对应的j相的功率调节量；
步骤2.2，引入相功率协调系数W1、W2和W3，且满足
将j相的功率调节量分别乘以协调系数W1、W2和W3，分配给零序电压产生的功率/>、直流环流产生的功率/>和负序电流产生的功率/>：
本发明MMC型能量变换器故障控制可根据内外部情况灵活调整相功率协调系数W1、W2和W3，确保子模块电容电压稳定，并提高交直流电流质量。此外，全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块可根据情况进行简化，退化为常规控制方法，例如W1=1、W2=0和W3=0，此时即退化为常规的直流环流注入方法。
步骤2.3，由零序电压产生的功率可得所需注入的零序电压v0ref的幅值V0和相位φ0：/>
式中，Id和Iq分别为电力电子能量变换器交流侧电流在dq坐标轴的d轴分量和q轴分量。
零序电压幅值V0和相位φ0需满足如下关系：
步骤2.4，将分配给直流环流产生的功率除以直流母线电压，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变换到坐标系，如式(18)所示，并对/>轴的量取反，如式(19)所示，；
对坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行如(20)运算，得到负序电流在dq坐标下参考值：
式中，和/>分别为电力电子能量变换器交流侧正序电压在dq坐标轴的d轴分量和q轴分量。
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_njref。
优选地，考虑子模块故障的上下桥臂电容电压平衡控制步骤包括：
步骤3.1，桥臂间子模块电容电压均衡控制模块将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，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；
式中，ω1是基频角频率，τ是与陷波器品质因数相关的参数；Npj、Nnj分别为j相上、下桥臂中可投入运行的子模块个数。当冗余子模块未耗尽时，Npj =Nnj=N，当冗余子模块耗尽时，Npj < N，Nnj < N。当桥臂中可运行子模块个数不能满足式(23)时，子模块电容电压有越限风险，应闭锁停运。
式中，VC_max为子模块允许的最大运行电压。
将j相上、下桥臂电容电压差参考值与j相上、下桥臂电容电压之差通过PI调节器得到调节量△Iarm_j；
步骤3.2，为了提高动态响应，引入前馈环节Iff；
式中，Idcref为直流母线电压/功率控制的输出；
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；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3.3，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；
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相下桥臂基频电流参考值iarm_njref。
优选地，桥臂内子模块电容电压平衡控制步骤包括：
所述桥臂内子模块电容电压均衡控制模块将桥臂内各子模块的电容电压（vpj_cz、vnj_cz）通过一个比例控制器跟踪所在桥臂子模块电容电压的均值（vpj_c_sum/Npj、vnj_c_sum/Nnj）。子模块电容的充放电状态与流经子模块的桥臂电流方向有关，因此，将比例控制器的输出与桥臂电流的符号相乘，得到桥臂内各子模块调制波的调整值（、/>）。
基于上述，内环电流控制模块根据所述外环电压/功率控制模块输出的直流母线电流参考值Idcref和无功电流幅值指令值Iqref以及所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块输出的首先获得参考桥臂电流指令值为：
获取参考桥臂电流指令值后，可在dq坐标或者abc坐标进行负反馈控制，得到j相上、下桥臂输出电压指令值和/>。
基于上述，经过内环电流控制模块后，结合桥臂内子模块电容电压平衡控制，得到j相上、下桥臂第z个子模块调制电压参考值、/>为
/>
优选地，调制模块采用CPS-PWM产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲。当发生子模块故障时，故障桥臂中可投入运行的子模块数量减少，为了保证输出电流的波形质量，需要修正用于调制故障桥臂的三角载波间的移相角度。上、下桥臂中三角载波间的移相角度（θpj、θnj）可通过式（32）进行计算。θpj、θnj仅在检测到桥臂中存在故障子模块时进行校正。
MMC型能量变换器故障控制为验证MMC型能量变换器故障控制方法在交直流混合故障工况下的有效性，设置t=3s时变压器高压侧A相电压跌落至0.3 Vn，t=3.4s时发生直流双极接地故障，即在3.4s后同时存在交流、直流故障。设置电力电子能量变换器输出有功功率P=6MW，无功功率Q=-8MVar，图5、图6分别为采用常规相间电容电压平衡控制策略、采用本专利公开的故障控制方法时系统各主要电气量的波形图。
如图5所示，t=2.8~3s期间，MMC型电力电子能量变换器并网系统可正常运行，变压器低压侧相电压幅值约为8kV，电流幅值约为700A。t=3~3.4s交流侧发生不对称故障期间，通过协调控制直流环流与零序电压可在保障MMC型电力电子能量变换器不过调制的前提下实现相功率的均衡。直流环流调控值及零序电压注入量如图5中(c)、5中(f)所示。3.4秒系统发生直流极对极故障后，直流母线电压为零，如图5中(e)所示。MMC型电力电子能量变换器控制直流母线电流为0，基于直流环流调控的相功率均衡控制策略失效，此时MMC型电力电子能量变换器出现过调制，交流电流出现畸变如图5中(b)所示，子模块电压失稳如图5中(d)所示。
在与图5相同故障工况设置下，采用本专利公开的故障控制方法时系统各主要电气量的波形如图6所示。t=3~3.4s期间，通过协调控制直流环流与零序电压实现相功率的均衡。直流环流调控值及零序电压注入量如图6中(c)、(f)所示。3.4s系统发生直流极对极故障后，本专利公开的故障控制方法通过注入零序电压与图6中(g)所示的负序电流均衡相功率。始终保持调制比小于1，如图6中(h)所示。电力电子能量变换器三相功率均衡，子模块电压稳定如图6中(d)所示。如图6中(b)所示，电力电子能量变换器交流侧输出电流无畸变，三相不对称是由于注入一定负序电流均衡相功率所致。对比图5、图6可知，采用本专利公开的故障控制方法可实现交流不对称故障、交直流混合故障下相功率的均衡，相比传统方法具有更广泛的适用范围与应用前景。
本发明第二方面提供了一种MMC型能量变换器故障控制方法，包括如下步骤：
根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；
在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；
控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流指令值，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流指令值根据所述直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值以及电流指令值得到；
根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；
根据所述上、下桥臂的子模块调制电压参考值产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断；
提取电力电子能量变换器交流侧并网点正序电压相位，为所述外环电压/功率控制模块和所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块提供参考相位。
本发明另一方面提供了一种MMC型能量变换器故障控制系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行第二方面所述的MMC型能量变换器故障控制方法。
本发明另一方面提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第二方面所述的MMC型能量变换器故障控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；
在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；
控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流指令值，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流指令值根据所述直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值以及电流指令值得到；
根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；
根据所述上、下桥臂的子模块调制电压参考值产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断；
所述根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，具体包括：
当电力电子能量变换器工作于外环定直流母线电压/定无功功率模式时，采集直流母线电压实际值Vdc，将直流母线电压指令参考值Vdcref与直流母线电压实际值Vdc作差，并输入PI调节器进行PI控制，得到所述直流母线电流参考值Idcref；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器工作于外环定有功功率/无功功率模式时，将有功功率指令值Pref与有功功率实际值P作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器检测到直流电网故障时，切换至外环直流限流/无功控制模式，将直流母线限流指令值Ilimitref与直流母线电流实际值Idc作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref。
2.如权利要求1所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，所述电流指令值包括：通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号iac_jref、通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生的j相直流环流的调节量ileg_dcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref、以及通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
3.如权利要求2所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，
所述通过子模块电容电压全局控制产生j相电流指令信号iac_jref，具体为：
根据采集的j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vpj_cz和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vnj_cz，计算得到电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值VC_ave、j相相单元的子模块电容电压和vj_c_sum、以及MMC的j相上、下桥臂电容电压之差；
将三相子模块总体电容电压平均值VC_ave与指令参考值VC_ref输入PI调节器进行PI控制，得到三相电容电压平均值跟踪指令参考值Iacref，将PI调节器的输出Iacref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所述j相电流指令信号iac_jref，其中，j=a、b、c；
所述通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生j相直流环流的调节量ileg_dcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref，具体为：
对电力电子能量变换器的j相子模块相电容电压平均值vj_c_sum与三相子模块总体电容电压平均值VC_ave进行PI控制，得到对应的j相的功率调节量，将j相的功率调节量/>分别乘以协调系数W1、W2和W3，分配给零序电压产生的功率/>、直流环流产生的功率/>和负序电流产生的功率/>，将分配给直流环流产生的功率/>除以直流母线电压，得到所述j相直流环流的调节量ileg_dcjref；将分配给负序电流产生的功率/>变换到/>坐标系，并对/>轴的量取反，对/>坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行运算，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，得到所述j相负序电流的调节量ileg_njref；
所述通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref，具体为：
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，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，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与j相上、下桥臂电容电压之差/>通过PI调节器得到调节量△Iarm_j ，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；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，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，根据所述j相上桥臂基频电流输出值iarm_pjj相下桥臂基频电流输出值iarm_nj得到所述j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
4.如权利要求1所述的MMC型能量变换器故障控制方法，其特征在于，所述根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值，具体包括：
将参考桥臂电流指令值后在dq坐标或者abc坐标进行负反馈控制，得到j相上、下桥臂输出电压指令值和/>；
结合桥臂内子模块电容电压平衡控制，得到j相上、下桥臂第z个子模块调制电压参考值、/>。
5.一种MMC型能量变换器故障控制装置，其特征在于，包括：
外环电压/功率控制模块，用于根据电力电子能量变换器运行情况设定不同工作模式，对应输出直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值，所述不同工作模式包括外环定直流母线电压/定无功功率模式、外环定有功功率/无功功率模式以及外环直流限流/无功控制模式；
全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块，用于在电力电子能量变换器稳态或内外部故障时输出电流指令值；
内环电流控制模块，用于控制实际桥臂电流跟踪参考桥臂电流指令值，同时输出上、下桥臂输出电压指令值，所述参考桥臂电流指令值根据所述外环电压/功率控制模块输出的直流母线电流参考值和无功电流幅值指令值以及所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块输出的电流指令值得到；
桥臂内子模块电容电压均衡控制模块，用于根据所述上、下桥臂输出电压指令值输出上、下桥臂的子模块调制电压参考值；
调制模块，用于根据所述上、下桥臂的子模块调制电压参考值产生电力电子能量变换器各个子模块驱动脉冲，控制各个子模块功率器件的开通和关断；
所述外环电压/功率控制模块，具体用于：
当电力电子能量变换器工作于外环定直流母线电压/定无功功率模式时，采集直流母线电压实际值Vdc，将直流母线电压指令参考值Vdcref与直流母线电压实际值Vdc作差，并输入PI调节器进行PI控制，得到所述直流母线电流参考值Idcref；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器工作于外环定有功功率/无功功率模式时，将有功功率指令值Pref与有功功率实际值P作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；在该模式下，当交流电网稳定时，将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref；当交流电网故障导致电压跌落时，所述无功电流幅值指令值由公式确定：Iqref=K1（0.9- Vsp）IsN,0.2<Vsp<0.9,其中，K1为动态无功电流比例系数，且K1∈[1.5,3],Vsp为电力电子能量变换器交流侧正负电压幅值，IsN为电力电子能量变换器交流电流额定值；
当电力电子能量变换器检测到直流电网故障时，切换至外环直流限流/无功控制模式，将直流母线限流指令值Ilimitref与直流母线电流实际值Idc作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述直流母线电流参考值Idcref；将交流侧无功功率指令值Qref与交流侧无功功率实际值Q作差，并输入PI调节器进行PI控制并限幅，得到所述无功电流幅值指令值Iqref。
6.如权利要求5所述的MMC型能量变换器故障控制装置，其特征在于，所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块输出的电流指令值包括：通过子模块电容电压全局控制产生的j相电流指令信号iac_jref、通过基于相功率协调的相间电容电压平衡控制产生的j相直流环流的调节量ileg_dcjref、j相负序电流的调节量ileg_njref、以及通过桥臂内子模块电容电压平衡控制产生的j相上、下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
7.如权利要求6所述的MMC型能量变换器故障控制装置，其特征在于，所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块包括子模块电容电压预处理模块、全局子模块电容电压均衡控制模块、相间子模块电容电压均衡控制模块、桥臂间子模块电容电压均衡控制模块；
所述子模块电容电压预处理模块，用于根据采集的j相上桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vpj_cz和j相下桥臂中第z个可投入运行的子模块电容电压vnj_cz，计算得到电力电子能量变换器三相子模块总体电容电压平均值VC_ave、j相相单元的子模块电容电压和vj_c_sum、以及MMC的j相上、下桥臂电容电压之差；
所述全局子模块电容电压均衡控制模块，用于将三相子模块总体电容电压平均值VC_ave与指令参考值VC_ref输入PI调节器进行PI控制，得到三相电容电压平均值跟踪指令参考值Iacref，将PI调节器的输出Iacref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所述j相电流指令信号iac_jref，其中，j=a、b、c；
所述相间子模块电容电压均衡控制模块，用于对电力电子能量变换器的j相子模块相电容电压平均值vj_c_sum与三相子模块总体电容电压平均值VC_ave进行PI控制，得到对应的j相的功率调节量，将j相的功率调节量/>分别乘以协调系数W1、W2和W3，分配给零序电压产生的功率/>、直流环流产生的功率/>和负序电流产生的功率/>，将分配给直流环流产生的功率/>除以直流母线电压，得到所述j相直流环流的调节量ileg_dcjref；将分配给负序电流产生的功率/>变换到/>坐标系，并对/>轴的量取反，对/>坐标系的功率和电网电压在dq坐标下的正序分量进行运算，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，得到所述j相负序电流的调节量ileg_njref；
所述桥臂间子模块电容电压均衡控制模块，用于将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，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，将j相上、下桥臂电容电压差参考值与j相上、下桥臂电容电压之差/>通过PI调节器得到调节量△Iarm_j ，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；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，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，根据所述j相上桥臂基频电流输出值iarm_pjj相下桥臂基频电流输出值iarm_nj得到所述j相上下桥臂基频电流参考值iarm_p（n）jref。
8.如权利要求5所述的MMC型能量变换器故障控制装置，其特征在于，所述桥臂内子模块电容电压均衡控制模块，具体用于：
将参考桥臂电流指令值后在dq坐标或者abc坐标进行负反馈控制，得到j相上、下桥臂输出电压指令值和/>；
结合桥臂内子模块电容电压平衡控制，得到j相上、下桥臂第z个子模块调制电压参考值、/>。
9.如权利要求8所述的MMC型能量变换器故障控制装置，其特征在于，还包括：
锁相环模块，用于提取电力电子能量变换器交流侧并网点正序电压相位，为所述外环电压/功率控制模块和所述全局-相间-桥臂间子模块电容电压均衡控制模块提供参考相位。
10.一种MMC型能量变换器故障控制系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1-4中任一项所述的MMC型能量变换器故障控制方法。
11.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的MMC型能量变换器故障控制方法。
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