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基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略

更新时间：2019-12-24 16:44:24 大小：4M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：多谐振控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

模块化多电平变换器(MMC)的内部环流主要由直流分量和偶次谐波分量组成.环流谐波分量会提高对开关器件的要求,严重时甚至会影响MMC稳定工作,因此有必要对环流进行抑制.为了获取环流直流分量,设计了数字低通滤波器,依据MMC环流成分组成公式计算出环流偶次谐波分量和,在此基础上,提出基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略.此外,构建了MMC环流闭环控制模型.在详细分析准比例谐振控制器各参数对系统稳定性影响的基础上,设计二次准谐振控制器参数,为环流控制器参数设计提供了依据.最后通过实验研究,证明所提出的简化环流抑制策略能有效降低环流谐波分量,减小桥臂电流畸变,有利于MMC稳定工作.

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基于多谐振控制器的MMC简化环流

抑制策略

伍

小杰

杨超公铮戴鹏

(中国矿业大学江苏省煤矿电气与自动化工程实验室

徐州 221008)

摘要模块化多电平变换器(MMC)的内部环流主要由直流分量和偶次谐波分量组成。环流谐波分

量会提高对开关器件的要求，严重时甚至会影响MMC稳定工作，因此有必要对环流进行抑制。为了获

取环流直流分量，设计了数字低通滤波器，依据MMC环流成分组成公式计算出环流偶次谐波分量和，

在此基础上，提出基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略。此外，构建了MMC环流闭环控制模

型。在详细分析准比例谐振控制器各参数对系统稳定性影响的基础上，设计二次准谐振控制器参数，

为环流控制器参数设计提供了依据。最后通过实验研究，证明所提出的简化环流抑制策略能有效降低

环流谐波分量，减小桥臂电流畸变，有利于MMC稳定工作。

关键词：模块化多电平变换器环流

中图分类号：TM46

数字低通滤波器多谐振控制器

Current

for MMCBased on

Simplified Circulating

Suppressing Strategy

Dai

Xiaojie yn昭Chao G!o昭Zheng

Pe昭

Electric and Automation

Province

(Mining

Laboratory

Jiangsu

China

and

Technology

Xuzhou 221008

China)

University

Mining

Abstract The main

currentconstituents of the modularmuhilevel

the DC

convener(MMC)are

circulating

and the even

harmonic currents．The

evenendangerthe stability

harmonic currentsincrease the

component

circulating

device and

circulating

on the

of the

it is

requirements

switching

MMC．Therefore，

of the

necessary

the

harmonic currents．In order to obtain the DC

suppress

circulating

component

circulating current，a

components composition

low

filter is

to the

current of the MMC

digital

pass

designed．According

circulating

sum of the even

harmonic currentsiscalculated．Thena

current

formula，the

circulating

simplified circulating

the MMCbased on muhi-resonant controllers．In

presentedfor

model of the

addition，the

of the

quasi-proportional-

suppressing strategy

MMC_circulatingcurrent closed

constructed．Based on the

loop

explicit analysis

resonant controller

parameters

influencingthe system stability，the secondaryquasi-resonant controllerparameters

are

which

the

for

basis

controller resuhs show

parameters．Experiment

designed

provide

designingthe circulating

that

can not

the

harmonic

components

theproposed strategy

only effectively suppress

circulating

thecirculating

also

the

current

is beneficialfor

the

and

current，but

ofthe MMC．

improve

leg

distortion，which

improving

stability

pass

reliability

multilevel

low

filter，multi-

Keywords：Modular

convener，circulating current，digital

resonant

COntroller

江苏省煤矿电气与自动化工程实验室建设项目(2014KJZX05)和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYLX一1384)资助。

改稿日期2015-07—15

收稿日期2015-04-．08

万方数据

第3l卷第13期

伍小杰等基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略

据环流成分组成公式计算出环流偶次谐波分量和，进

而采用多谐振控制器对环流进行抑制，避免了采用多

个陷波器检测环流偶次谐波分量或采用桥臂平衡控制

获得环流参考值的复杂性，实验结果验证了该环流抑

制策略的有效性。

引言

2002年，德国学者R．Marquardt提出模块化多电

Multilevel

平变换器(Modular

Converter，MMC)的拓扑，

。MMC具有严格的模

受到国内外学者的广泛关注

块化结构，可通过调整子模块数量达到所需要的功率

和电压等级，避免了传统电压源型变换器器件之间直

MMC基本结构

接串联带来的动态均压问题，输出电压谐波含量低，

图1为MMC单相等效电路。由图可知，MMC每

相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由／1,个子模块

(SM)和一个桥臂电感串联构成。MMC子模块为单相

半桥结构，包括一个IGBT半桥和储能电容C。图1

Direct

Voltage

Current，HVDC)、

在高压直流输电(High

电能质量治理和交流传动等高压大功率场合具有广阔

的应用前景。西门子公司于2010年基于MMC开发的

连接美国旧金山和匹斯堡的HVDC工程已投入使用，

国内由中国电力科学研究院和上海电力公司开发的南

中，厶为桥臂电感，风为换流器桥臂等效电阻，厶．

和R。．分别为负载电感和负载电阻，玑。为直流母线电

压，u。j和i。分别为交流侧相电压和相电流(，=a，b，

c)，u，，和“，分别为上、下桥臂电压，i『p和i加分别为

汇风电场HVDC示范工程也于2011年投入使用。

MMC正常工作时，由于子模块电容电压波动，各

相子模块输出电压之和不能与直流母线电压始终相

等，所以会产生环流 1。环流的交流分量叠加在桥臂

电流上，不仅会增大桥臂电流峰值，提高对器件容量

和耐压等级的要求，还会影响MMC正常工作，因此

有必要对环流进行抑制¨ “。

上、下桥臂电流，t’jz为MMC内部环流。

i／n

MMC桥臂电抗具有抑制环流的作用，文献[13，14]

通过适当增大桥臂电抗的取值来限制内部环流的大

小。然而仅采用增大桥臂电抗的方式并不能完全消除

环流，而且会增大系统体积，提高成本，影响系统的

动态性能。文献[15]分析了MMC环流产生机理，推导

出环流二次谐波分量大小的计算公式，为抑制环流提供

了依据，但并未指出环流抑制的具体方法。文献[16]

采用二次负序旋转坐标变换对三相环流进行解耦，再

利用PI控制器抑制环流，但该方法只能减小环流中的

二次谐波分量，且容易受到系统参数变化的影响，鲁

棒性不高。文献[17]指出环流中不仅有二次谐波分

量，还含有四次、六次等偶次谐波分量。文献[18]提

出一种基于双PI控制器的环流抑制策略，主要抑制环

流中的二次、四次谐波分量，需要采用比例谐振

图1

MMC单相等效电路

circuit of

of MMC

Fig．1

Equivalent

single—phase

MMC简化环流抑制策略

由于MMC子模块电容电压波动和基波调制等效

Resonant，PR)控制器和坐标变换，控制

应，环流中的谐波分量会发生耦合，并向高次谐波和

低次谐波传递心1I。因此，环流中不仅含有二次谐波分

量，还存在四次、六次等更高次的偶次谐波分量，理

论上，环流成分可描述为

(Proportional

方式较为复杂。文献[19]采用比例积分谐振

Resonant，PIR)控制器抑制MMC

(Proportional Integral

环流，该策略在交流电网对称和不对称的情况下都能

减少环流中的二次谐波分量，但需要采用陷波器检测

环流偶次谐波分量，影响系统的动态特性。文献[20]

同样利用PIR控制器抑制环流中的偶次谐波分量，不

同点在于该文献采用桥臂平衡控制来获得环流参考

值，需要多个PI控制器，控制器参数设计复杂。

本文设计数字低通滤波器获取环流直流分量，依

(1)

屯一。+ ‰

式中，厶为环流中的直流分量，A；i，。(k=2，4，6， )

为环流偶次谐波分量，A。

将式(1)改写为

(2)

‰ =屯一，。

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