CN117134583B - 单向功率混合型mmc控制方法 - Google Patents

单向功率混合型mmc控制方法 Download PDF

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Abstract

单向功率混合型MMC的控制方法，属于电力电子技术领域。通过定斜率的直流电压控制以及桥臂电压的差异化分配来进行可控充电阶段，使电容电压按照一定斜率充电至额定值。对于正常稳态运行，控制系统经过双闭环控制及环流抑制控制得到桥臂输出电压指令，对桥臂电压差异化分配，实现换流器的正常稳态运行。对于直流短路故障穿越，加入直流侧电流反馈控制，并且旁路类半桥子模块，使换流器能在故障发生期间稳定运行。利用上述方法，本发明可以在节省混合型MMC开关器件及改善器件损耗分布的前提下，实现单向功率混合型MMC充电、正常稳态运行以及直流短路故障穿越的全过程中的可靠运行。

Description

单向功率混合型MMC控制方法
技术领域
单向功率混合型MMC的控制方法，属于电力电子技术领域。
背景技术
模块化多电平换流器MMC具有开关损耗小、无器件动/静态均压问题等优势已成为高压直流输电工程中换流器的首选拓扑。由于能源基地及负荷中心的逆向分布，如陆上新能源外送、海上风力电能外送及深海油气生产中海底电力系统的传输功率多为单向方向。在具备直流短路故障穿越能力前提下，为提高全桥-半桥混合型MMC器件损耗分布均匀度及降低成本，中国发明专利CN115528930A中公开的一种由全桥子模块及类半桥子模块构成的单向功率混合型MMC。然而，目前尚未见单向功率混合型MMC的充电及直流短路故障穿等多种运行场景下的控制方法。由于类半桥子模块中的器件数目的减少，现有全桥-半桥混合型MMC充电及故障穿越方法在应用于单向功率混合型MMC时，存在如下不足：1)在启动过程中，受类半桥子模块充放电对桥臂电流方向的影响，易出现全桥子模块及类半桥子模块能量不均衡问题，甚至导致启动过程中的桥臂电流应力，影响设备正常启动；2)在极对极直流故障穿越过程中，易出现桥臂输出电压失控及器件电压应力过高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种单向功率混合型MMC的控制方法，通过改变控制策略，使由全桥子模块及类半桥子模块构成的单向功率混合型MMC能在在多场景下运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该单向功率混合型MMC控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1换流器充电阶段开始时，断开限流电阻的旁路开关，闭锁全部子模块IGBT；闭合交流侧进线开关，当全桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，使全桥子模块旁路；当类半桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，仅导通全桥子模块的右下部IGBT；若全桥子模块电容电压大于类半桥子模块电容电压，则使全桥子模块旁路，否则只导通全桥子模块的右下部IGBT；重复上述步骤至子模块电容电压稳定，闭合限流电阻的旁路开关，完成不控充电阶段；
S2采用直流电压外环及交流电流内环的双闭环控制得到桥臂输出电压指令，通过对全桥及类半桥两类子模块输出电压的分配，实现两类子模块电容电压的均衡，完成子模块电容的可控充电；当全桥及类半桥子模块电容电压和换流器的直流侧输出电压均达到额定值时，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式；
S3换流器正常稳态运行状态下，双闭环控制的外环切换为直流电压控制和无功功率控制，内环为交流电流控制，控制系统经过双闭环控制及环流抑制控制得到桥臂输出电压指令，对桥臂电压进行差异化分配后，根据全桥及类半桥子模块的输出电压指令以及电容电压独立排序结果，控制子模块的投切，实现换流站的正常稳态运行；
S4通过采集换流器直流侧电压及电流判断直流极对极短路故障是否发生，故障发生时，控制系统由正常稳态模式转为直流短路故障穿越模式；
直流短路故障穿越模式下，双闭环控制采用总体能量、无功功率的外环与交流电流的内环；同时加入直流侧电流反馈控制，对桥臂电流注入直流分量，实现桥臂电流单方向流动；并对类半桥及全桥子模块进行协调控制实现直流短路故障期间换流器的稳定运行；
S5直流短路故障清除后进入直流侧电压建立阶段，直流侧电流反馈控制切换为直流侧电压爬坡指令，控制直流侧电压从零按恒定斜率恢复至额定值时，直流短路故障穿越完成，换流器由直流短路故障穿越模式转为正常稳态运行模式。
优选的，步骤S2中换流器充电方法包括如下步骤：
S2.1开始可控充电阶段，通过双闭环控制、环流抑制控制、相间能量均衡控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用定斜率的直流电压控制；
S2.2考虑全桥与类半桥子模块充电过程中电容电压的一致性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值；
S2.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容按照定斜率充电，子模块电容电压充电至额定值后，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式。
优选的，所述充电方法中，桥臂电压输出指令在不同的区间分配方式为：
其中ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n，分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；Nsh为一个桥臂中类半桥子模块个数；uC,sh为类半桥子模块电容电压；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥模组的输出电压指令值；ijk为交流侧j相k桥臂电流；ujk,ref为j相k桥臂输出电压指令值；x0为常数值；
所述的常数x0可由类半桥模组输出电压指令值与子模块电容电压确定：
其中ijk<0时的ujk,sh,ref由每个周期电容充入额定电荷量计算得到，其满足下式：
ΔQ为一个基频周期子模电容吸收的电荷量，其值可以由一个基频周期子模块电容电压值的增量ΔuC以及子模块电容值C求得：
ΔQ＝CΔuC；
采用直流侧电压按恒定斜率k的方式进行充电，故ΔuC可根据一个充放电周期T内直流侧电压变化Δudc，可确定一个子模块在一个充放电周期T内的电压变化ΔuC，即
ΔuC＝Δudc/N＝kT/N；
其中，N为一个桥臂的子模块总个数；T为一个工频周期。
优选的，步骤S3中换流器的正常稳态运行控制方法包括如下步骤：
S3.1正常稳态运行模式下，通过双闭环控制、环流抑制控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用直流电压控制和无功功率控制；
S3.2考虑全桥与类半桥子模块拓扑的差异性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值；
S3.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容电压均衡的同时，完成分配的桥臂电压输出任务。
优选的，所述正常稳态运行控制方法中，桥臂电压输出指令在不同的区间具体分配方式为：
ujk,f,ref＝ujk,ref-ujk,sh,ref；
其中，ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n，分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；Nsh为一个桥臂中类半桥子模块个数；UC,sh为类半桥子模块电容电压额定值；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥模组的输出电压指令值；ijk为交流侧j相k桥臂电流；ujk,ref为j相k桥臂输出电压指令值；y0为常数值；θj为j相的电压相位；
θ1、θ2、θ3以及θ4可由下式求得：
其中，m为交流侧相电压幅值与额定直流侧电压比值的两倍，为功率因数角；
y0可由类半桥模组的输出电压指令值与子模块电容电压额定值确定：
ujk,sh,ref由类半桥及全桥子模块电容电压均衡的约束条件确定，即：
优选的，步骤S4中的换流器直流短路故障期间的稳定运行控制方法包括如下步骤：
S4.1换流器实时监测直流侧电压电流，当直流侧电压跌落至零，直流侧电流达到额定电流的两倍时，判断直流侧发生了极对极直流短路故障，换流器由正常稳态运行模式切换为直流短路故障穿越模式运行；
S4.2换流器运行于直流短路故障穿越模式时，双闭环控制外为总能量控制与无功功率控制，内环为交流电流控制；
总能量控制外环用于维持子模块电容电压稳定，对全体子模块电容电压进行控制，其参考值选为子模块电容电压额定值，反馈值对应为所有子模块电容电压平均值，使所有子模块电容电压保持在额定值附近；无功功率控制可根据电网要求，确定无功功率指令值；
S4.3换流器运行于直流短路故障穿越模式时，将正常运行时的定直流电压控制切换为故障运行时的直流侧电流反馈控制。保证桥臂电流恒为负，确定此时的直流侧电流范围，进而对桥臂电流注入相应直流分量；
S4.4经过直流侧电流反馈控制，在桥臂电流恒为负的情况下，根据桥臂电压输出指令对类半桥及全桥模组输出电压进行分配，由全桥子模块承担桥臂电压输出；
其中，ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n,分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥子模组的输出电压指令值；ijk为j相k桥臂的桥臂电流；
S4.5根据类半桥及半桥模组电压输出指令，旁路全部类半桥子模块，结合全桥子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制全桥子模块投切，实现直流短路故障期间换流器的稳定运行。
优选的，所述直流短路故障穿越方法中，直流侧电流范围的计算方法为：
加入直流侧电流控制时，保证桥臂电流恒为负，直流侧电流和交流侧电流幅值需满足：
Idc,ref＞1.5Im
Idc,ref为直流侧电流，Im为交流侧电流幅值。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
针对现有控制方法应用于全桥及类半桥子模块构成的单向功率混合型MMC时的局限性，本发明通过改变控制策略，使单向功率混合型MMC能够运行于充电、正常稳态及直流短路故障穿越等多种场景下并且能够进行相互切换，使单向功率混合型MMC具备全过程的可靠运行能力。
附图说明
图1是单功率方向混合型MMC拓扑结构图。
图2是单功率方向混合型MMC充电流程图。
图3是单功率方向混合型MMC充电控制框图。
图4是单功率方向混合型MMC充电过程仿真结果。
图5是单功率方向混合型MMC正常稳态运行流程图。
图6是单功率方向混合型MMC直流短路故障穿越流程图。
图7是单功率方向混合型MMC直流短路故障穿越控制框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。
下面结合最佳实施例对本发明做进一步说明。
图1为整流工况下，由类半桥子模块及全桥子模块组成的单向功率混合型MMC主拓扑，FBSM为全桥子模块、SHBSM为类半桥子模块，二者配比为1:1。Udc与Idc分别为直流侧电压和电流；ij为第j相的交流侧电流，j为a，b，c；ujk和ijk分别为第j相k桥臂的桥臂输出电压与桥臂电流；u C,sh为SHBSM的电容电压，uC,f为FBSM的电容电压；C为子模块电容值；N为一个桥臂子模块的总个数。
下面即以上述拓扑中的a相上桥臂为例，具体说明本发明的实施方法
在整流工况下，单向功率混合型MMC交流侧通过限流电阻及其旁路开关、进线开关与交流电网相连，图2是本发明在整流工况下的充电流程，包括如下步骤：
S1换流器充电阶段开始时，断开限流电阻的旁路开关，闭锁全部子模块IGBT；闭合交流侧进线开关，当全桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，旁路全桥子模块；当类半桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，仅导通全桥子模块的右下部IGBT，两类子模块电容电压均达到额定值的25％后，若全桥子模块电容电压大于类半桥子模块电容电压，则旁路全桥子模块，否则只导通全桥子模块的右下部IGBT；重复该步骤至子模块电容电压稳定，闭合限流电阻的旁路开关，完成不控充电阶段。
S2采用直流电压外环及交流电流内环的双闭环控制得到桥臂输出电压指令，通过对全桥及类半桥两类子模块输出电压的分配，实现两类子模块电容电压的均衡，完成子模块电容的可控充电；当全桥及类半桥子模块电容电压和换流器的直流侧输出电压均达到额定值时，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式。
可控充电阶段采用如图3的控制框图，换流器充电方法包括如下步骤：
S2.1开始可控充电阶段，通过双闭环控制、环流抑制控制、相间能量均衡控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用定斜率的直流电压控制；
S2.2考虑全桥与类半桥子模块充电过程中电容电压的一致性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值；
S2.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容按照定斜率充电，子模块电容电压充电至额定值后，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式。
将桥臂电压指令值进行分配，得到全桥及类半桥模组的输出电压指令值，保证两类子模块电容电压均衡的前提下，实现子模块电容的可控充电；以a相上桥臂为例，具体分配方式为：
其中uap,sh,ref为a相上桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；N为一个桥臂子模块总个数；uC为子模块电容电压；uap,f,ref为a相上桥臂全桥模组的输出电压指令值；iap为a相上桥臂电流；uap,ref为a相上桥臂输出电压指令值；x0为常数值。
所述的常数x0可由类半桥模组输出电压指令值与子模块电容电压确定：
x0＝2uap,sh,ref/NuC(iap＜0)；
其uap,sh,ref由每个周期电容充入额定电荷量计算得到，其满足下式：
ΔQ为一个基频周期子模电容吸收的电荷量，其值可以由一个基频周期子模块电容电压值的增量ΔuC以及子模块电容值C求得：
ΔQ＝CΔuC；
采用直流侧电压按恒定斜率k的方式进行充电，故ΔuC可根据一个充放电周期T内直流侧电压变化Δudc，可确定一个子模块在一个充放电周期T内的电压变化ΔuC，即
ΔuC＝Δudc/N＝kT/N；
其中，N为一个桥臂的子模块总个数；T为一个工频周期。
当全桥及类半桥子模块电容电压和换流器的直流侧输出电压均达到额定值时，换流器可由充电模式转为正常稳态运行模式，如图4所示即为上述充电方法的仿真结果图。
S3换流器正常稳态运行状态下，双闭环控制的外环切换为直流电压控制和无功功率控制，内环为交流电流控制，控制系统经过双闭环控制及环流抑制控制得到桥臂输出电压指令，对桥臂电压进行差异化分配后，根据全桥及类半桥子模块的输出电压指令以及电容电压独立排序结果，控制子模块的投切，实现换流站的正常稳态运行。
图5为本发明在整流工况下正常稳态运行流程图，该过程主要包含以下步骤：
S3.1正常稳态运行模式下，通过双闭环控制、环流抑制控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用直流电压控制和无功功率控制；
S3.2考虑全桥与类半桥子模块拓扑的差异性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值，桥臂电压输出指令在不同的区间具体分配方式为：
uap,f,ref＝uap,ref-uap,sh,ref；
其中uap,sh,ref为a相上桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；N为一个桥臂子模块总个数；UC为子模块电容电压；uap,f,ref为a相上桥臂全桥模组的输出电压指令值；iap为a相上桥臂电流；uap,ref为a相上桥臂输出电压指令值；y0为常数值；θa为a相的电压相位。
θ1、θ2、θ3以及θ4可由下式求得：
其中，m为交流侧相电压幅值与额定直流侧电压比值的两倍，为功率因数角。
y0可由类半桥模组的输出电压指令值与子模块电容电压额定值确定：
y0＝2uap,sh,ref/NUC θa∈[0,θ3]∪[θ4,2π]且iap＞0；
uap,sh,ref由类半桥及全桥子模块电容电压均衡的约束条件确定，即：
S3.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容电压均衡的同时，完成分配的模组电压输出任务。
S4通过采集换流器直流侧电压及电流判断直流极对极短路故障是否发生，故障发生时，控制系统由正常稳态模式转为直流短路故障穿越模式；
直流短路故障穿越模式下，双闭环控制采用总体能量、无功功率的外环与交流电流的内环；同时加入直流侧电流反馈控制，对桥臂电流注入直流分量，实现桥臂电流单方向流动；并对类半桥及全桥子模块进行协调控制实现直流短路故障期间换流器的稳定运行。
图6为本发明在整流工况下的直流短路故障穿越的流程图，系统的主接线方式为伪双极接线方式时，单向功率混合型MMC的极对极故障直流短路故障穿越方法包含以下步骤：
S4.1换流器实时监测直流侧电压电流，当直流侧电压跌落至零，直流侧电流达到额定直流电流的两倍时，判断直流侧发生了极对极直流短路故障，换流器由正常稳态运行模式切换为直流短路故障穿越模式运行；
S4.2双闭环控制外为总能量控制与无功功率控制，内环为交流电流控制。总能量控制外环用于维持子模块电容电压稳定，对全体子模块电容电压进行控制，其参考值选为子模块电容电压额定值，反馈值对应为所有子模块电容电压平均值，使所有子模块电容电压保持在额定值附近；无功功率控制可根据电网要求，确定无功功率指令值；图7为换流器运行于故障穿越阶段的控制框图；
S4.3换流器运行于直流短路故障穿越模式时，将正常运行时的定直流电压控制切换为故障运行时的直流侧电流反馈控制。保证桥臂电流恒为负，确定此时的直流侧电流范围，进而对桥臂电流注入相应直流分量，直流侧电流范围的计算时，直流侧电流和交流侧电流幅值需满足：
Idc,ref＞1.5Im；
Idc,ref为直流侧电流，Im为交流侧电流幅值。
S4.4经过直流侧电流反馈控制，在桥臂电流恒为负的情况下，根据桥臂电压输出指令对类半桥及全桥模组输出电压进行分配，由全桥子模块承担桥臂电压输出，即，
其中，uap,sh,ref为a相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；uap,f,ref为a相k桥臂全桥子模组的输出电压指令值；iap为a相k桥臂的桥臂电流。
S4.5根据类半桥及半桥模组电压输出指令，旁路全部类半桥子模块，结合全桥子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制全桥子模块投切，实现直流短路故障期间换流器的稳定运行。
在本实例中，当故障穿越时，故障极的类半桥子模块需要始终旁路。
相比现有的控制方法，所提控制方法实现了类半桥-全桥1:1混合型MMC在充电、正常稳态运行及直流短路故障穿越三种运行场景下的稳定运行及相互切换，弥补了现有控制应用于单向功率混合型MMC时的局限性。
在上述说明中，具体控制方法是以在两类子模块配比1:1下的a相上桥臂为例说明，但也可应用于剩余桥臂及其他全桥子模块与类半桥子模块个数配比不小于m/(1+m)的单向功率混合型MMC拓扑。
具体解释如下：
(1)对于可控充电过程，由于在桥臂电流为正时，单向功率的混合型MMC的半桥子模块只能投入，对电容进行充电，故只能在电流为负的区间进行动态调节来在保证全桥子模块和类半桥子模块之间电容电压的均衡。
(2)对于故障穿越，由于在桥臂电流为正时，单向功率的混合型MMC的半桥子模块只能投入，则会导致半桥的电容电压过高而发生故障，所以通过直流侧电流反馈控制给桥臂电流注入直流量从而使桥臂电流始终为负，则可以使类半桥子模块一直旁路，从而完成故障穿越。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.单向功率混合型MMC控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1换流器充电阶段开始时，断开限流电阻的旁路开关，闭锁全部子模块IGBT；闭合交流侧进线开关，当全桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，使全桥子模块旁路；当类半桥子模块电容电压达到额定电压的25％时，仅导通全桥子模块的右下部IGBT；若全桥子模块电容电压大于类半桥子模块电容电压，则使全桥子模块旁路，否则只导通全桥子模块的右下部IGBT；重复上述步骤至子模块电容电压稳定，闭合限流电阻的旁路开关，完成不控充电阶段；
S2采用直流电压外环及交流电流内环的双闭环控制得到桥臂输出电压指令，通过对全桥及类半桥两类子模块输出电压的分配，实现两类子模块电容电压的均衡，完成子模块电容的可控充电；当全桥及类半桥子模块电容电压和换流器的直流侧输出电压均达到额定值时，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式；
S3换流器正常稳态运行状态下，双闭环控制的外环切换为直流电压控制和无功功率控制，内环为交流电流控制，控制系统经过双闭环控制及环流抑制控制得到桥臂输出电压指令，对桥臂电压进行差异化分配后，根据全桥及类半桥子模块的输出电压指令以及电容电压独立排序结果，控制子模块的投切，实现换流站的正常稳态运行；
步骤S3中换流器的正常稳态运行控制方法包括如下步骤：
S3.1正常稳态运行模式下，通过双闭环控制、环流抑制控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用直流电压控制和无功功率控制；
S3.2考虑全桥与类半桥子模块拓扑的差异性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值；
S3.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容电压均衡的同时，完成分配的桥臂电压输出任务；
所述正常稳态运行控制方法中，桥臂电压输出指令在不同的区间具体分配方式为：
ujk,f,ref＝ujk,ref-ujk,sh,ref；
其中，ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n，分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；Nsh为一个桥臂中类半桥子模块个数；UC,sh为类半桥子模块电容电压额定值；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥模组的输出电压指令值；ijk为交流侧j相k桥臂电流；ujk,ref为j相k桥臂输出电压指令值；y0为常数值；θj为j相的电压相位；
θ1、θ2、θ3以及θ4可由下式求得：
其中，m为交流侧相电压幅值与额定直流侧电压比值的两倍，为功率因数角；
y0可由类半桥模组的输出电压指令值与子模块电容电压额定值确定：
ujk,sh,ref由类半桥及全桥子模块电容电压均衡的约束条件确定，即：
S4通过采集换流器直流侧电压及电流判断直流极对极短路故障是否发生，故障发生时，控制系统由正常稳态模式转为直流短路故障穿越模式；
直流短路故障穿越模式下，双闭环控制采用总体能量、无功功率的外环与交流电流的内环；同时加入直流侧电流反馈控制，对桥臂电流注入直流分量，实现桥臂电流单方向流动；并对类半桥及全桥子模块进行协调控制实现直流短路故障期间换流器的稳定运行；
S5直流短路故障清除后进入直流侧电压建立阶段，直流侧电流反馈控制切换为直流侧电压爬坡指令，控制直流侧电压从零按恒定斜率恢复至额定值时，直流短路故障穿越完成，换流器由直流短路故障穿越模式转为正常稳态运行模式。
2.根据权利要求1所述的单向功率混合型MMC的控制方法，其特征在于：步骤S2中换流器充电方法包括如下步骤：
S2.1开始可控充电阶段，通过双闭环控制、环流抑制控制、相间能量均衡控制得到六个桥臂的电压输出指令，其中双闭环控制的内环采用交流电流控制，外环采用定斜率的直流电压控制；
S2.2考虑全桥与类半桥子模块充电过程中电容电压的一致性，将桥臂输出电压指令值在一个周期内的不同区间进行分配，得到类半桥模组和全桥模组的输出电压指令值；
S2.3对全部类半桥子模块及全部半桥子模块分别进行子模块电容电压排序，根据桥臂电流方向及子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制子模块投切，使类半桥及全桥子模块电容按照定斜率充电，子模块电容电压充电至额定值后，换流器由充电模式转为正常稳态运行模式。
3.根据权利要求2所述的单向功率混合型MMC的控制方法，其特征在于：所述充电方法中，桥臂电压输出指令在不同的区间分配方式为：
其中ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n，分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；Nsh为一个桥臂中类半桥子模块个数；uC,sh为类半桥子模块电容电压；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥模组的输出电压指令值；ijk为交流侧j相k桥臂电流；ujk,ref为j相k桥臂输出电压指令值；x0为常数值；
所述的常数x0可由类半桥模组输出电压指令值与子模块电容电压确定：
其中ijk<0时的ujk,sh,ref由每个周期电容充入额定电荷量计算得到，其满足下式：
ΔQ为一个基频周期子模电容吸收的电荷量，其值可以由一个基频周期子模块电容电压值的增量ΔuC以及子模块电容值C求得：
ΔQ＝CΔuC；
采用直流侧电压按恒定斜率k的方式进行充电，故ΔuC可根据一个充放电周期T内直流侧电压变化Δudc，可确定一个子模块在一个充放电周期T内的电压变化ΔuC，即
ΔuC＝Δudc/N＝kT/N；
其中，N为一个桥臂的子模块总个数；T为一个工频周期。
4.根据权利要求1所述的单向功率混合型MMC的控制方法，其特征在于：步骤S4中的换流器直流短路故障期间的稳定运行控制方法包括如下步骤：
S4.1换流器实时监测直流侧电压电流，当直流侧电压跌落至零，直流侧电流达到额定电流的两倍时，判断直流侧发生了极对极直流短路故障，换流器由正常稳态运行模式切换为直流短路故障穿越模式运行；
S4.2换流器运行于直流短路故障穿越模式时，双闭环控制外为总能量控制与无功功率控制，内环为交流电流控制；
总能量控制外环用于维持子模块电容电压稳定，对全体子模块电容电压进行控制，其参考值选为子模块电容电压额定值，反馈值对应为所有子模块电容电压平均值，使所有子模块电容电压保持在额定值附近；无功功率控制可根据电网要求，确定无功功率指令值；
S4.3换流器运行于直流短路故障穿越模式时，将正常运行时的定直流电压控制切换为故障运行时的直流侧电流反馈控制，保证桥臂电流恒为负，确定此时的直流侧电流范围，进而对桥臂电流注入相应直流分量；
S4.4经过直流侧电流反馈控制，在桥臂电流恒为负的情况下，根据桥臂电压输出指令对类半桥及全桥模组输出电压进行分配，由全桥子模块承担桥臂电压输出；
其中，ujk,sh,ref中j为三相中的a、b、c相；k为p、n,分别代表上、下桥臂；ujk,sh,ref为j相k桥臂类半桥子模组的输出电压指令值；ujk,f,ref为j相k桥臂全桥子模组的输出电压指令值；ijk为j相k桥臂的桥臂电流；
S4.5根据类半桥及半桥模组电压输出指令，旁路全部类半桥子模块，结合全桥子模块电容电压排序结果，经过调制算法控制全桥子模块投切，实现直流短路故障期间换流器的稳定运行。
5.根据权利要求4所述的单向功率混合型MMC的控制方法，其特征在于：所述直流短路故障穿越方法中，直流侧电流范围的计算方法为：
加入直流侧电流控制时，保证桥臂电流恒为负，直流侧电流和交流侧电流幅值需满足：
Idc,ref＞1.5Im
Idc,ref为直流侧电流，Im为交流侧电流幅值。
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