[发明专利]模块化多电平换流器控制系统及方法、柔性直流输电系统

说明书

本发明公开了一种模块化多电平换流器控制系统及方法、柔性直流输电系统，属于模块化多电平换流器控制技术领域。控制系统包括交流电流控制模块、直流电流控制模块、三次谐波注入模块、桥臂电压计算模块、最近电平调制模块和电压均衡控制模块，本发明所设计的控制系统，在传统的控制框架上三次谐波注入模块，在桥臂电压计算环节中引入三次电压谐波，三次电压谐波的幅值为交流电流控制生成的基波调制信号msubgt;j/subgt;的六分之一，相位为基波调制信号msubgt;j/subgt;的三倍。通过在桥臂电压计算环节中引入上述特定的三次电压谐波，可以使MMC子模块的电容电压平均值的下限进一步降低。

技术领域

本发明属于模块化多电平换流器控制技术领域，更具体地，涉及一种模块化多电平换流器控制系统及方法、柔性直流输电系统。

背景技术

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular Multilevel Converter-HVDC，MMC-HVDC)技术是实现新能源远距离跨区输送和异地消纳的有效技术手段。随着送端电网新能源接入比重逐渐增大，送端电网网架结构日益薄弱。同时，由于受端电网中大规模分布式新能源和大容量直流系统馈入，受端电网呈现低惯量、低短路比特征。为保障新型电力系统安全稳定运行，柔直系统亟需具备主动电网支撑能力。

目前，柔直系统主动支撑策略大多通过将直流系统接入的多个异步电网互相作为后备支撑电源。当某一电网发生扰动后，非扰动电网通过直流系统提供紧急支撑功率。但这种支撑策略会引起非扰动电网的频率波动。

实际上，柔直系统中的MMC内含数千子模块电容，其存储的电容能量十分可观，可作为储能元件在交流电网发生功率缺额后，通过释放电容能量为交流电网提供主动支撑。然而，考虑到MMC的稳定运行条件，子模块电容电压存在调节下限，因此，子模块电容能量存在一定的释放裕度。为实现对MMC电容能量的调控，已有研究提出了MMC能量控制架构，如本研发团队已经发表的期刊《柔性直流输电系统三维度控制》。

然而，目前柔直MMC能量控制下的电容能量释放裕度仍有提升空间。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模块化多电平换流器控制系统及方法、柔性直流输电系统，其目的在于降低MMC子模块电容电压的可调节下限，增大MMC的能量释放极限。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模块化多电平换流器控制系统，包括：

交流电流控制模块，用于输出MMC桥臂差模电压的三相基波调制信号，其中，j相基波调制信号为M_ac表示基波幅值与MMC额定直流电压V_dcn的一半的比值，M_ac1，ω表示电网运行频率，t表示时间，表示j相差模电压的相位，j＝a,b,c；

直流电流控制模块，用于输出MMC直流电压调制比M_dc，直流电压调制比M_dc为MMC实际直流电压V_dc与额定直流电压V_dcn之比；

三次谐波注入模块，用于输出j相的三次谐波注入信号

桥臂电压计算模块，用于计算j相的上桥臂电压v_pj和下桥臂电压v_pn，上桥臂电压v_pj包括的求和，下桥臂电压v_pj包括的求和；

最近电平调制模块，用于计算j相的上桥臂投入子模块数量N_pj和下桥臂投入子模块数量N_nj，v_Cavg表示子模块的电容电压平均值，Round()为取整函数；

电压均衡控制模块，用于输出MMC调制信号以控制MMC的j相的上桥臂投入N_pj个子模块数量、下桥臂投入N_nj个子模块。