本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法。
背景技術(shù)：
：：1、模塊化多電平變換器(modular?multilevel?converter,mmc)在電力電子技術(shù)中扮演著關(guān)鍵角色，尤其在高壓直流輸電和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中。在故障后重啟或正常啟動(dòng)時(shí)，子模塊電容充電速度過慢，會(huì)造成能源浪費(fèi)、電網(wǎng)不穩(wěn)定、增加運(yùn)營(yíng)成本和快速能量變換的應(yīng)用受限。其快速充電能力對(duì)于電網(wǎng)調(diào)節(jié)、可再生能源并網(wǎng)、提升能量轉(zhuǎn)換效率和設(shè)備小型化具有顯著影響?？焖俪潆姴粌H能夠適應(yīng)可再生能源的不穩(wěn)定輸出，確保電網(wǎng)穩(wěn)定，還能減少能量損耗，提高能源利用率。此外，隨著充電速度的提升，電力電子設(shè)備的體積和重量得以減少，降低成本，這對(duì)直流輸電的響應(yīng)速度提升、系統(tǒng)穩(wěn)定和輸電效率提高有重要意義。2、在mmc預(yù)充電的開環(huán)控制策略方面：3、1、文獻(xiàn)[a.lesnicar?and?r.marquardt,an?innovative?modular?multilevelconverter?topology?suitable?for?a?wide?power?range?2003ieee?bologna?powertech?conference?proceedings.(2003)]提出一種單獨(dú)的輔助直流電源，以提供額外的功率來對(duì)子模塊電容進(jìn)行預(yù)充電。但其在充電周期、成本、靈活性等方面的優(yōu)勢(shì)不足。4、2、文獻(xiàn)[j.xu,et?al.new?precharge?and?submodule?capacitor?voltagebalancing?topologies?of?modular?multilevel?converter?for?vsc-hvdcapplication.ieee?pes?asia-pacific?power?and?energy?engineering?conferenceieee,(2011)]提出了一種使用輔助電源的組合電路，以減少充電時(shí)間。盡管如此，成本仍然無法降低，控制也比較復(fù)雜。由于開環(huán)策略的特點(diǎn)，這些方法都存在充電電流不可控的局限性。因此，充電電流完全依賴于電路參數(shù)，如果出現(xiàn)意想不到的擾動(dòng)或參數(shù)變化，可能會(huì)導(dǎo)致過流問題。5、3、文獻(xiàn)[li?b.,et?al.closed-loop?precharge?control?ofmodular?multilevelconverters?during?start-up?processes.ieee?transactions?on?powerelectronics30.2:524-531(2015)]提出了一種從交流側(cè)主電壓控制mmc啟動(dòng)的閉環(huán)方式，通過級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)將電壓逐步提高至額定值。以及，文獻(xiàn)[shi,x.,liu,b.,wang,z.,li,y.,etal.modelling,control?design?and?analysis?of?a?startup?scheme?formodularmultilevel?converters.ieee?transactions?on?industrial?electronics,62(11),7009-7024.(2015)]提出了另一種閉環(huán)啟動(dòng)控制方法，并指出橋臂電感與子模塊電容之間的諧振對(duì)充電時(shí)間有一定的限制。6、然而，由于上、下橋臂子模塊電容的不同步充電，現(xiàn)有的閉環(huán)控制策略仍不能最大限度地提高預(yù)充電速度。此外，由于在預(yù)充電過程結(jié)束時(shí)對(duì)控制策略進(jìn)行了整定，進(jìn)一步增加了啟動(dòng)時(shí)間。7、因此，為了提升mmc在故障后重啟或正常啟動(dòng)前的子模塊電容電壓充電速度，提升mmc的故障穿越能力，有必要設(shè)計(jì)一種能實(shí)現(xiàn)上、下橋臂子模塊電容同步充電的控制方法，即本技術(shù)的一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、本發(fā)明的目的是針對(duì)
背景技術(shù)：
：中由于上、下橋臂子模塊電容的不同步充電，現(xiàn)有的閉環(huán)控制策略仍不能最大限度地提高預(yù)充電速度，以及增加了啟動(dòng)時(shí)間的問題，提出一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法。2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于功率平衡的mmc子模塊同步預(yù)充電方法，應(yīng)用于交流側(cè)或直流側(cè)充電場(chǎng)景，包括：3、利用mmc自身性能進(jìn)行不控充電至極限值后，通過對(duì)比mmc子模塊電壓實(shí)際值與所需值間的差值，計(jì)算每相所需功率，并通過橋臂電壓算法獲得每相參考電壓值，實(shí)現(xiàn)上、下橋臂同步充電；4、計(jì)算各項(xiàng)上、下橋臂功率差，通過對(duì)比上、下橋臂子模塊電容電壓平均值之和的差值，經(jīng)過pi控制器，獲得代表基頻環(huán)流的幅值；5、將指令所述基頻環(huán)流與實(shí)際環(huán)流做差經(jīng)過pr控制器，其輸出的物理量代表橋臂電抗器上的壓降，通過補(bǔ)償上、下橋臂電壓差實(shí)現(xiàn)上、下橋臂均壓控制；6、計(jì)算橋臂內(nèi)各個(gè)子模塊功率差，以橋臂內(nèi)子模塊電容電壓瞬時(shí)值的平均值作為指令電壓值，指令電壓值與實(shí)際電壓值做差后乘以橋臂電流，再經(jīng)過比例控制器得到每個(gè)子模塊的附加參考電壓值；7、將所述附加參考電壓值加到子模塊的輸出電壓參考值中，得到每個(gè)子模塊獨(dú)立的參考電壓值，從而實(shí)現(xiàn)各子模塊電容電壓平衡；8、預(yù)充電完成后直接進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)控制，將參考電流數(shù)值由充電過程中的計(jì)算值修改為額定值即可，無需另行設(shè)計(jì)控制策略并切換。9、可選的，在mmc交流側(cè)同步預(yù)充電控制時(shí)，交流電網(wǎng)的釋放功率等于三相所有子模塊的充電功率和，其表示為：10、pac＝pasm_sum+pbsm_sum+pbsm_sum；11、式中：pac代表電網(wǎng)釋放的功率，pbsm_sum代表b相所有子模塊充電功率和，pcsm_sum代表c相所有子模塊充電功率和。12、可選的，所述在mmc交流側(cè)的輸出功率反映在交流側(cè)電流上，即；13、14、e表示電網(wǎng)相電壓幅值，i表示電網(wǎng)相電流的幅值。15、可選的，通過所述橋臂電壓算法得到上、下橋臂電壓參考值uxp和uxn，表示為：16、17、uxp表示上橋臂電壓，uxn表示下橋臂電壓，其中x＝a,b,c，代表abc三相；ucref表示子模塊電容電壓指令值；ux表示三相差模電壓參考值，通過并網(wǎng)電流環(huán)控制獲得。18、可選的，為了保證上、下橋臂電容電壓差為0，采用橋臂功率差控制算法，該橋臂功率差表達(dá)式：19、δpa＝-2eaidiffa；20、式中：idiffa代表a相橋臂環(huán)流，ea代表a相相電壓幅值。21、可選的，令上下橋臂子模塊的電壓差值為0，反饋值為上橋臂子模塊電容電壓平均值之和(uapc1(avg)+…+uapcn(avg))與下橋臂子模塊電容電壓平均值之和(uanc1(avg)+…+uancn(avg))的差，經(jīng)過pi控制器，其輸出的物理量代表基頻環(huán)流的幅值idiffa1，基頻環(huán)流相位選擇與電網(wǎng)電壓同相位，再將指令基頻環(huán)流idiffa1_ref與實(shí)際環(huán)流idiffa做差經(jīng)過pr控制器，其輸出的物理量代表橋臂電抗器上的壓降udiffa，最終橋臂電壓表達(dá)式為：22、23、udiffx表示橋臂電抗上參考電壓值。24、可選的，在mmc直流側(cè)同步預(yù)充電控制時(shí)，直流電網(wǎng)的釋放功率等于三相所有子模塊的充電功率和，其表示為：25、pdc＝pasm_sum+pbsm_sum+pbsm_sum；26、式中：pdc代表直流側(cè)釋放的功率，pasm_sum代表a相所有子模塊充電功率和，pbsm_sum代表b相所有子模塊充電功率和，pcsm_sum代表c相所有子模塊充電功率和。27、可選的，在mmc直流側(cè)的輸出功率反映在直流側(cè)電流上，即直流側(cè)輸出功率pdc表示為；28、pdc＝udcidc；29、pdc表示直流側(cè)輸出功率，udc表示直流側(cè)輸出電壓，idc表示直流側(cè)輸出電流；30、由于mmc三相結(jié)構(gòu)對(duì)稱，因此直流側(cè)電流在三相橋臂間均分，表示為：31、32、式中：idiffa0、idiffb0、idiffc0分別代表a相橋臂、b相橋臂、c相橋臂電流中的直流成分。33、可選的，通過所述橋臂電壓算法得到上、下橋臂電壓參考值uxp和uxn。橋臂電壓表達(dá)式為：34、35、可選的，所述上、下橋臂第i個(gè)子模塊獨(dú)立的參考電壓值表示為：36、37、uxpsmi_ref和uxnsmi_ref分別表示上、下橋臂第i個(gè)子模塊獨(dú)立的參考電壓值；kp表示控制系數(shù)；uxpci和uxnci分別表示上、下橋臂第i個(gè)子模塊獨(dú)立的實(shí)際電壓值；ixp和ixn分別表示上、下橋臂電流。38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益的技術(shù)效果：39、1、本發(fā)明可應(yīng)用于交流側(cè)和直流側(cè)充電，由于實(shí)現(xiàn)了上、下橋臂子模塊的同步充電，顯著提高了預(yù)充電速度。40、2、由于在mmc預(yù)充電和正常狀態(tài)下均采用相同的電壓電流雙閉環(huán)控制，可以明顯縮短啟動(dòng)時(shí)間；41、3、本發(fā)明為mmc子模塊預(yù)充電提供一種新型控制策略，對(duì)于高壓直流輸電降低故障重啟和正常啟動(dòng)的速度提升具有一定意義；42、4、可根據(jù)充電電流和充電時(shí)間的要求進(jìn)行上、下橋臂非同步充電與同步充電結(jié)合的方式滿足工程需求。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12