一種模塊化多電平換流器閥組控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種模塊化多電平換流器閥組控制方法，屬于電力電子技術與直流輸電領域。本發明首先根據多電平換流器系統控制器輸出三相調制波計算其基波分量和二倍頻分量的幅值和相角；然后采用余弦插值方法，計算出小步長的調制波基波分量和二倍頻分量瞬時值，并將其合并生成小步長的調制波瞬時值；根據得到的小步長調制波瞬時值，使用最近電平調制法和子模塊均壓算法，輸出觸發脈沖。本發明針對模塊化多電平換流器的系統控制器輸出的大步長調制波離散序列，高精度地插入小步長調制波離散值，從而減少模塊化多電平換流器的交流電壓電流的諧波含量，改善直流輸電系統的運行狀態。
【專利說明】一種模塊化多電平換流器閥組控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種模塊化多電平換流器閥組控制方法，屬于電力電子技術與直流輸 電領域。
【背景技術】
[0002] 模塊化多電平換流器（MMC)是一種新型的多電平電壓源型換流器，現已成功應用 于多個高壓直流輸電（HVDC)工程中。相對于傳統電壓源型高壓直流輸電系統（VSC-HVDC) 而言，MMC-HVDC具有器件開關頻率低、諧波含量少、電壓等級高等優點，因此MMC-HVDC具有 廣闊的應用空間。
[0003] MMC控制系統是直流輸電系統的核心組成部分，對電力系統的穩定運行至關重要。 MMC的控制系統一般由系統控制器和閥組控制器組成。系統控制器輸出調制波，閥組控制器 接收調制波，產生觸發脈沖。在MMC-HVDC中閥組控制一般采用最近電平調制法。最近電平 調制是一種階梯波調制方法，階梯數（即電平數）對應橋臂投入子模塊數。MMC-HVDC的子 模塊很多，電平數大，要求調制波離散序列步長非常小。然而系統控制器的執行周期一般在 50?100微秒左右，調制波離散序列步長較大。經過最近電平調制后，MMC交流電壓電流諧 波含量遠超出了工程要求。為了減小調制波離散序列步長，工程上有兩種解決方法：第一種 方法是提高系統控制器的運算速率，減小調制波離散序列步長；另一種方法是在閥組控制 器中使用線性插值方法。由于硬件和嵌入式操作系統的性能限制，第一種方法的效果非常 有限。線性插值方法近似逼近正弦波，當系統控制器的處理速率達不到要求時，線性插值后 的調制波誤差比較大，控制效果差。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種模塊化多電平換流器閥組控制方法，以解決MMC-HVDC 的系統控制器輸出的調制波離散序列步長較大，導致MMC交流電壓電流諧波含量超出工程 要求的問題。
[0005] 本發明為解決上述技術問題而提供一種模塊化多電平換流器閥組控制方法，該閥 組控制方法包括如下步驟：
[0006] 1)采集多電平換流器系統控制器輸出的三相調制波，根據采集到三相調制波計算 其各自的基波分量和二倍頻分量的幅值和相角；
[0007] 2)對得到的三相調制波基波分量和二倍頻分量的幅值和相角進行余弦插值運算， 得到調制波基波分量和二倍頻分量瞬時值，并將其合并生成調制波瞬時值；
[0008] 3)根據得到調制波瞬時值采用最近電平調制法和子模塊均壓法輸出觸發脈沖。
[0009] 所述步驟1)中基波分量的幅值和相角的計算過程如下：
[0010] A)米用序分量分解和派克變換對三相基波進行正負零序分解，得到正序分量Eji_ ref_E；tep2 Z 9 jl、負序分里 Ej2_：ref_step2 Z 9 j2 和零序分 Ej〇-ref-step2 Z Q j0 ;
[0011] B)對步驟A)中得到的三相序分量的幅值和相角采用相量求和的方法計算三相基 波分量的幅值和相角Θ j。
[0012] 所述步驟1)中二倍頻分量的幅值和相角的計算過程如下：
[0013] a)對環流抑制器的輸出值進行限幅修正得到三相調制波的二倍頻分量；
[0014] b)對得到二倍頻分量進行派克變換，得到三相調制波二倍品分量的幅值和相角 ^diff_j_ref_step2 ^ j °
[0015] 所述步驟2)中采用的余弦插值運算過程為：當已知該余弦波形的幅值為 Ad,頻率為相角為Θ。，執行周期為Atys時，第k個程序周期所插入的離散點為 Aocos(0〇+36O。Xf0XkXAtXl(T6)。
[0016] 本發明的有益效果是：本發明首先根據多電平換流器系統控制器輸出三相調制 波計算其基波分量和二倍頻分量的幅值和相角；然后采用余弦插值方法，計算出小步長的 調制波基波分量和二倍頻分量瞬時值，并將其合并生成小步長的調制波瞬時值；根據得到 的小步長調制波瞬時值，使用最近電平調制法和子模塊均壓算法，輸出觸發脈沖。本發明針 對模塊化多電平換流器的系統控制器輸出的大步長調制波離散序列，高精度地插入小步長 調制波離散值，從而減少模塊化多電平換流器的交流電壓電流的諧波含量，改善直流輸電 系統的運行狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明提供的閥組控制方法總體方案框圖；
[0018] 圖2是本發明提供的閥組控制方法的系統控制器控制流程圖；
[0019] 圖3是本發明實施例中A相閥組的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。應該強調的是下述說明 僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0021] 圖1是本發明提供的閥組控制方法總體方案框圖，模塊化多電平換流器MMC的控 制系統一般由系統控制器和閥組控制器組成。，統控制器輸出調制波，閥組控制器接收調制 波，產生觸發脈沖。本發明實施例中系統控制器的程序執行周期為100微秒，閥組控制器的 程序執行周期為0. 01微秒。系統控制器輸出三相調制波并計算其基波分量和二倍頻分量 的幅值和相角；閥組控制器接收調制波基波分量和二倍頻分量的幅值和相角，輸出觸發脈 沖。本發明的具體實施過程如下：
[0022] 1.采集多電平換流器系統控制器輸出的三相調制波，并計算三相調制波的基波分 量和二倍頻分量的幅值和相角。具體包括以下步驟：
[0023] A.對系統控制器中內環控制器的輸出值進行限幅修正，得到后調制波基波分量 ej_ref_stepl (j表示a, b, c三相）；
[0024] B.使用序分量分解方法和派克變換對三相基波euef stepl進行正負零序分解，得到 正序分量Εκ_2 Ζ： Θ 、負序分量Ε」2?ρ2 Ζ： Θ j2和零序分量Ej(L：ref_step2 Ζ： Θ j(l ;
[0025] C.使用相量求和原理，根據三相序分量的幅值和相角求出三相基波分量的幅值和 相角 j_ref_step3 ^ j *
[0026] D.對系統控制器的環流抑制器的輸出值進行限幅修正，得到三相調制波的二倍頻 分量Udiff」_ ref_stepl ?
[0027] E.使用派克變換，求出三相調制波二倍頻分量的幅值和相角Udiff」》p2 Z a jt)
[0028] 2.對得到的三相調制波基波分量和二倍頻分量的幅值和相角分別進行余弦插值 運算，計算出小步長的調制波基波分量和二倍頻分量瞬時值，并將其合并生成調制波瞬時 值。
[0029] 余弦插值方法針對余弦變化趨勢的大步長離散序列插值，對于具有余弦 變化趨勢的大步長離散序列而言，當已知該余弦波形的幅值為\，頻率為&，相角 為Θ。，程序執行周期（小步長）為Atys時，第k個程序周期所插入的離散點為 ^(308(0^360° XLXkX AtXl(T6)。顯然，對于具有余弦變化趨勢的離散序列而言，線性 插值方法存在一定的誤差，而余弦插值方法沒有誤差。
[0030] 3.閥組控制器根據得到的小步長調制波瞬時值采用最近電平調制法和子模塊均 壓法輸出觸發脈沖，控制各相閥組。
[0031] 三相閥組控制方案相同，本實施例以A相閥組控制控制過程為例進行說明。如圖 3所示，A相閥組控制控制流程如下：
[0032] 使用余弦插值法，根據A相調制波基波分量的幅值和相角，計算當前程序周期內 的調制波基波分量瞬時值。
[0033] 使用余弦插值法，根據調制波二倍頻分量的幅值和相角，計算當前程序周期內的 調制波二倍頻分量瞬時值。
[0034] 使用MMC控制原理，根據當前程序周期內的調制波基波分量和二倍頻分量瞬時值 計算調制波瞬時值。
[0035] 根據當前程序周期的調制波瞬時值，使用最近電平調制法和子模塊均壓算法輸出 觸發脈沖對A相閥組進行控制。
[0036] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權力要求范圍之內。
【權利要求】
1. 一種模塊化多電平換流器閥組控制方法，其特征在于，該閥組控制方法包括如下步 驟： 1) 采集多電平換流器系統控制器輸出的三相調制波，根據采集到三相調制波計算其各 自的基波分量和二倍頻分量的幅值和相角； 2) 對得到的三相調制波基波分量和二倍頻分量的幅值和相角進行余弦插值運算，得到 調制波基波分量和二倍頻分量瞬時值，并將其合并生成調制波瞬時值； 3) 根據得到調制波瞬時值采用最近電平調制法和子模塊均壓法輸出觸發脈沖。
2. 根據權利要求1所述的模塊化多電平換流器閥組控制方法，其特征在于，所述步驟 1)中基波分量的幅值和相角的計算過程如下： A) 采用序分量分解和派克變換對三相基波進行正負零序分解，得到正序分量E^Mf_ step2 Ζ Θ於、負序分量Ej2-ref-step2 Ζ Θ j2和零序分 Ej〇-ref-step2 Z Q jO ; B) 對步驟A)中得到的三相序分量的幅值和相角采用相量求和的方法計算三相基波分 量的幅值和相角 j_ref_step3 ^ j°
3. 根據權利要求2所述的模塊化多電平換流器閥組控制方法，其特征在于，所述步驟 1)中二倍頻分量的幅值和相角的計算過程如下： a) 對環流抑制器的輸出值進行限幅修正得到三相調制波的二倍頻分量； b) 對得到二倍頻分量進行派克變換，得到三相調制波二倍品分量的幅值和相角Udiff j_ ref_step2 ^ Qj°
4. 根據權利要求1所述的模塊化多電平換流器閥組控制方法，其特征在于， 所述步驟2)中采用的余弦插值運算過程為：當已知該余弦波形的幅值為\，頻 率為相角為Θ 〇,執行周期為Δ t μ s時，第k個程序周期所插入的離散點為 Aocos(0〇+36O。Xf0XkXAtXl(T6)。
【文檔編號】H02M7/483GK104092395SQ201410294900
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】彭忠, 李少華, 王柏恒, 李泰 , 荊雪記, 蘇勻, 趙靜 申請人:許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 國家電網公司