专利名称：一种基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法
技术领域：
本发明属于电力电子装置控制技术领域，具体涉及一种基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，可应用于对链式换流器的直流电压的控制。
背景技术：
链式换流器在工程中应用广泛，其由多个单相换流链构成，每个单相换流链由至
少一个单相模块(即图1中的级联模组1......η)构成，每个单相模组包括至少一个链节，
链节与链节之间可通过串联或并联相连接，每个链节包括H桥型电压源换流器。链式换流器具有诸多优点，可以实现独立分相控制，有利于解决系统的相间平衡问题。其所有链接的基本单元结构完全相同，可以实现模块化设计，便于扩容和维护，并避免了因开关器件直接串并联使用而产生的问题。链式换流器采用普通变压器接入系统，避免了多重化变压器带来的问题，减小了占地面积，降低了装置成本。此外，多电平链式换流器的输出的谐波可忽略，不需要滤波器。然而，链式结构引发的问题是直流侧电容电压波动剧烈及直流电容电压不平衡， 协调控制难度较大。直流电压平衡控制通常从能量角度着手，控制换流链间及链节之间的能量平衡，而调节电容并联损耗及变直流电压控制方法瞬态响应较慢，调节范围受限且损耗较大。针对链式换流器的直流电压平衡问题，工程中通常采用三级直流电压控制，第一级为全局平均直流电压控制，解决装置整体直流侧电压的稳定问题；第二级控制为换流链平均直流电压控制，实现相间直流侧电压平衡；第三级控制为链节直流电压控制，实现链节平衡。上述直流电压平衡控制方法可以通过PI调节器构成id和iq的电流闭环，使其在d轴和q轴方向上保持恒定，通过控制链式换流器交换的有功和无功功率达到平衡电容电压目的。但实现三级直流控制时若控制量或反馈量选择不当将导致控制的速度和精度无法满足实际要求。其中第二级换流链平均直流电压控制决定换流器能否实现三相平衡，并影响第三级控制的效果和速度。采用无功电流反馈量进行三相平衡控制，控制原理不明确，控制效果不明显。所述内容提出基于负序电流的换流链平均直流电压控制策略，具有控制目标明确，响应速度快，控制效果良好等优点。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的提出一种基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，该控制方法通过调节任意两相的功率偏差达到补偿各相换流链平均直流电压不平衡的目的。本发明的基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法是通过下述技术方案实现的—种基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于该控制方法是将三相换流链中任意两相换流链的平均直流电压与所有链节的直流电压平均值相比较得到两相换流链的平均直流电压偏差，经过比例积分调节器，将两相换流链的平均直流电压偏差得到对应相换流链的有功功率偏差；有功功率偏差结合测量所得的交流侧系统电压有效值经过负序电流指令运算环节，得到三相换流链的负序电流分量指令；经过派克变换环节，将三相负序电流分量指令变换为负序电流指令的dq轴分量；然后通过负序电流解耦控制环节，得到负序调制波电压的dq轴分量，随后进行派克反变换得到三相负序调制波电压参考值，控制变流器输出构成闭环控制。 本发明的控制方法具有以下优点1)根据任意两相直流电压平均值偏差调节负序电流，即可保证三相功率满足要求；2)采用该种控制方法的链式STATC0M控制原理简单明确，控制性能优良；3)所述控制方法适用于采用链式H桥换流器的其他FACTS装置，适用范围宽广；4)所述控制方法有效地解决了换流链平均直流电压不平衡的问题，具有很强的工程实用价值。
图1是级联H桥链式STATC0M主电路拓扑结构图；图2是本发明的链式换流器平均直流电压控制框图；图3是链式换流器负序电流指令运算的实现框图；图4是abc-dq派克变换示意图；图5是链式换流器负序电流解耦控制的实现框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的控制方法作进一步详细的说明。所述内容中的系统电压，链接直流电压，换流器输出电流均由测量环节获得。在电气量信号用于实现控制目标时，已进行滤波处理和归算。为了更清楚的阐述本发明的基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法的工作原理，现以级联H桥型STATC0M换流器系统为例进行分析说明，该STATC0M结构如附图 1所示。每相由N个具有独立直流电容的级联型单相逆变器串联而成，三相换流链采用星型接法，变流器中性点η接地与否不对本发明的控制方法造成影响。附图2为本发明的基于负序电流的链式换流器平均直流电压控制方法整体示意图。本发明基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法是将三相换流链中Α、Β两相换流链的平均直流电压Vd。—a、Vdc av0与所有链节的直流电压平均值Vd。—相减得到的偏差量，通过比例_积分调节器，可得到A、B两相换流链的有功功率偏差、AP:；有功功率偏差Δ/ 、Δ<与交流侧系统电压有效值Ukms经过负序电流指令运算环节，得到ABC三相换流链的负序电流指令4、iL、将三相负序电流指令进行派克变换转化为三相负序电流指令的dq轴分量O C .随后通过负序电流解耦控制环节得到负序调制波电压的dq轴分
MC、V;，负序调制波电压的dq轴分量f/:d、t/;，经过派克反变换得到三相负序调制波电压参考值 /:、 /〖、 /:，控制换流器输出以实现闭环控制。图中，ind、ini、end、en(1分别为变流器输出电流和交流系统电压经过派克反变换后的dq分量值，、f/;分别为负序调制波电压在dq坐标系下的值，f/L、分别为负序调制波电压在α β静止坐标系下的值。图3给出了图2中负序电流指令运算环节的实现框图，图3(a)为系统电压为正弦表达式时负序电流指令运算框图，图3(b)为系统电压为余弦表达式时负序电流指令运算框图，负序电流指令运算可以根据需要按照正弦表达式或预先表达式进行，具体实现方法如下根据附图1，设定H桥型STATC0M换流器所在系统的电压UsA、UsB、t为 Usa = ^Urms sin( 0
权利要求
1.一种基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于该控制方法是将三相换流链中任意两相换流链的平均直流电压与所有链节的直流电压平均值相比较得到两相换流链的平均直流电压偏差，经过比例积分调节器，将两相换流链的平均直流电压偏差得到对应相换流链的有功功率偏差；有功功率偏差结合测量所得的交流侧系统电压有效值经过负序电流指令运算环节，得到三相换流链的负序电流分量指令；经过派克变换环节，将三相负序电流分量指令变换为负序电流指令的dq轴分量；然后通过负序电流解耦控制环节，得到负序调制波电压的dq轴分量，随后进行派克反变换得到三相负序调制波电压参考值，控制变流器输出构成闭环控制。
2.如权利要求1所述的基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于所述负序电流指令运算环节为，将有功功率偏差与交流侧系统电压有效值通过数学运算得到三相换流链的负序电流分量指令当换流器所在系统的电压UsA、UsB、Usc和流入换流器的电流iA、iB、ic均为正弦函数时， 所有换流链的负序电流分量指令表达式为
3.如权利要求1所述的基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于所述负序电流解耦控制环节为将三相负序电流指令的dq轴分量&、‘与测量所得的换流器输出负序电流的dq轴分量ind、inq相减所得的偏差经过比例积分调节器后，与dq 轴电流耦合量《Lf。ini、ωLfcInd以及系统电压的dq轴分量end、％进行数学运算后得到负序调制波电压的dq轴分量、U*nq，进行派克反变换后可得到三相负序调制波电压参考值 U:、U:、 /:，控制换流器输出实现闭环控制。
4.如权利要求3所述的基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于所述负序电流解耦控制环节中数学运算的控制规律如下式
全文摘要
本发明具体涉及一种基于负序电流的换流链平均直流电压的控制方法，将三相换流链中任意两相的平均直流电压与所有链节的直流电压平均值相比较得到两相换流链的平均直流电压偏差，经比例积分调节器得到对应相换流链的有功功率偏差；有功功率偏差结合交流侧系统电压有效值经负序电流指令运算环节，得到三相换流链的负序电流分量指令；经派克变换环节将三相负序电流分量指令变换为负序电流指令的dq轴分量；然后通过负序电流解耦控制环节得到负序调制波电压的dq轴分量，随后进行派克反变换得到三相负序调制波电压参考值，控制变流器输出构成闭环控制。该方法有效地解决了换流链平均直流电压不平衡的问题，具有控制性能优良、适用范围广的优点。
文档编号H02M7/48GK102170243SQ201110108448
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者刘隽, 包海龙, 吴家华, 周飞, 宗波, 胡为进, 荆平, 蔡林海, 邓占锋 申请人:上海市电力公司, 中国电力科学研究院