技术领域
[0001] 本
发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法及装置。
背景技术
[0002]
模块化多电平换流器(Modular Multi-Level Converter，MMC)由于其无需交流系统提供换相
电流、
开关器件工作
频率低、
输出电压波形接近
正弦波等特点进一步提升了换流阀的模块化
水平，降低了换流阀的制造难度，从而被广泛应用于基于电压源型换流器的
高压直流输电技术领域(Voltage Sourced Converter based HVDC，VSC-HVDC)。
[0003] 为了提高柔性直流输电系统的可靠性需要对MMC换流阀进行严格的型式试验，主要包括绝缘试验、运行试验、
短路电流试验、IGBT过电流关断试验和抗
电磁干扰（EMC）试验等系列试验项目。其中，运行试验包含最大持续运行负荷试验、最大暂态运行过负荷试验、最小直流电压试验，用于检验
阀体中VSC以及相关的电路，在运行状态中最严重的重复作用条件下通态、开通和关断状态时，对于电流、电压和
温度的作用是否合适；并且要证明阀
电子电路和VSC阀主回路之间相互作用的正确性。
[0004] 目前，通常采用等效试验方法对MMC换流阀进行运行试验。图1为MMC换流阀的等效试验电路，如图所示，该试验电路包括两个对拖结构，每个对拖结构可以有两个或四个桥臂组成，桥臂为辅助阀或试品阀。当电路稳定运行时调节对拖电路负载电抗器L0两侧的桥臂输出电压Ua、Ub，使其为交、直流
叠加电压。图2为MMC等效试验电路的桥臂交流电压波形示意图，图3为MMC试品阀的电压/电流波形示意图，如图所示，由于功率平衡试验电路的各个桥臂中会形成直流反馈功率，直流功率与交流功率大小相等、方向相反，因此在MMC试品阀中形成与实际运行工况相同的稳定的交、直流叠加的电压和电流应
力。
[0005] 但是，在MMC换流阀的等效试验电路中辅助阀和试品阀相当于
串联的电容，且等效试验电路中
电阻成分较小，因此桥臂电容与负载电抗器之间容易形成低频振荡，导致等效试验电路运行不稳定；同时由于桥臂瞬时功率的
波动，导致桥臂内的功率子模块的电容电压波动，继而导致桥臂电流中含有高频谐波分量，高频谐波电流在电路中形成环流，影响等效试验电路的等效性。
发明内容
[0006] 为了克服
现有技术的
缺陷，本发明提供了一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法及装置。
[0007] 第一方面，本发明中一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法的技术方案是：
[0008] 所述运行试验电路包括两个并联的桥臂，每个桥臂均包括多个串联的功率子模块；所述方法包括：
[0009] 采集所述两个桥臂之间的循环电流；
[0010] 依据所述循环电流计算第一附加电压
信号，以抑制循环电流振荡；依据所述循环电流计算第二附加电压信号，以消除循环电流的二倍频分量；
[0011] 将所述第一附加电压信号和第二附加电压信号的和作为所述桥臂的桥臂电压附加量，对所述桥臂电压附加量进行脉冲调制得到所述桥臂的附加开关信号。
[0012] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述采集两个桥臂之间的循环电流是：
[0013] 通过电流互感器采集经过所述的两个桥臂中任一桥臂的桥臂电流。
[0014] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述依据循环电流计算第一附加电压信号和第二附加电压信号之前包括：
[0015] 对所述循环电流进行第一比例延时控制得到第一电流信号iz_01(s)，所述第一比例延时控制如下式（1）所示：
[0016]
[0017] 其中，iz(s)为循环电流，s为复变量，T1为延时时间。
[0018] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述依据循环电流计算第一附加电压信号包括：
[0019] 对所述第一电流信号进行第二比例延时控制得到第二电流信号；
[0020] 对所述第二电流信号进行比例控制得到第一附加电压信号。
[0021] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
[0022] 所述第二比例延时控制如下式（2）所示：
[0023]
[0024] 其中，iz_01(s)为第一电流信号，iz_02(s)为第二电流信号，s为复变量，T2为延时时间；
[0025] 所述比例控制如下式（3）所示：
[0026] Vex1(s)＝Rvpiz_02(s) （3）
[0027] 其中，Vex1(s)为第一附加电压信号，Rvp为比例系数且为常数。
[0028] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述依据循环电流计算第二附加电压信号包括：
[0029] 对所述第一电流信号进行延时控制后获取其在旋转
坐标系下的电流分量；该电流分量包括d轴电流分量和q轴电流分量；
[0030] 计算各电流分量的参考值与其对应的电流分量的偏差；
[0031] 依次对所述偏差进行比例积分控制和解耦，将解耦后得到的电压信号由旋转坐标系转换至静止坐标系，从而得到所述第二附加电压信号。
[0032] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述计算各电流分量的参考值与其对应的电流分量的偏差之前包括：
[0033] 将所述各电流分量的参考值设置为0，进而依次对该偏差进行比例积分控制和解耦以消除所述循环电流的二倍频分量。
[0034] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
[0035] 所述依次对d轴电流分量的偏差进行比例积分控制和解耦如下式（4）所示：
[0036]
[0037] 其中，Vd(s)为解耦后得到的电压信号的d轴电压分量，Izd(s)为d轴电流分量，Izd_ref(s)为d轴电流分量的参考值，Izq(s)为q轴电流分量，kp为比例系数，ki为积分系数，s为复变量，ω0为
角频率，Ls为所述运行试验电路内桥臂电抗器的电抗值；
[0038] 所述依次对q轴电流分量的偏差进行比例积分控制和解耦如下式（5）所示：
[0039]
[0040] 其中，Vq(s)为解耦后得到的电压信号的q轴电压分量，Izq_ref(s)为q轴电流分量的参考值。
[0041] 第二方面，本发明中一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制装置的技术方案是：
[0042] 所述运行试验电路包括两个并联的桥臂，每个桥臂均包括多个串联的功率子模块；所述控制装置包括：
[0043] 电流采集模块，用于采集所述两个桥臂之间的循环电流；
[0044] 附加电压计算模块，用于依据所述循环电流计算第一附加电压信号和第二附加电压信号；
[0045] 附加开关信号调
制模块，用于将所述第一附加电压信号和第二附加电压信号的和作为所述桥臂的桥臂电压附加量，并对所述桥臂电压附加量进行脉冲调制得到所述桥臂的附加开关信号。
[0046] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
[0047] 所述电流采集模块包括电流互感器；
[0048] 所述电流互感器，用于采集经过所述的两个桥臂中任一桥臂的桥臂电流。
[0049] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述附加电压计算模块包括第一比例延时
控制器、第一附加电压信号计算单元和第二附加电压信号计算单元；
[0050] 所述第一比例延时控制器，用于对循环电流进行第一比例延时控制得到第一电流信号；
[0051] 所述第一附加电压信号计算单元包括第二比例延时控制器和比例控制器：所述第二比例延时控制器，用于对第一电流信号进行第二比例延时控制得到第二电流信号；所述比例控制器，用于对第二电流信号进行比例控制得到第一附加电压信号；
[0052] 所述第二附加电压信号计算单元包括第一坐标变换子单元、第二坐标变换子单元、偏差计算子单元和比例积分控制器：所述第一坐标变换子单元，用于对所述第一电流信号进行延时控制后获取其在旋转坐标系下的电流分量；所述偏差计算子单元，用于计算各电流分量的参考值与其对应的电流分量的偏差；所述比例积分控制器，用于依次对各偏差进行比例积分控制和解耦；所述第二坐标变换子单元，用于解耦后得到的电压信号由旋转坐标系转换至静止坐标系，从而得到所述第二附加电压信号。
[0053] 进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
[0054] 所述第一比例延时控制如下式（6）所示：
[0055]
[0056] 其中，iz_01(s)为第一电流信号，iz(s)为循环电流，s为复变量，T1为延时时间；
[0057] 所述第二比例延时控制如下式（7）所示：
[0058]
[0059] 其中，iz_02(s)为第二电流信号，T2为延时时间；
[0060] 比例控制如下式（8）所示：
[0061] Vex1(s)＝Rvpiz_02(s) （8）
[0062] 其中，Vex1(s)为第一附加电压信号，Rvp为比例系数且为常数；
[0063] 所述比例积分控制器如下式（9）所示：
[0064]
[0065] 其中，Vd(s)和Vq(s)分别为解耦后得到的电压信号的d轴电压分量和q轴电压分量，Izd(s)为d轴电流分量，Izd_ref(s)为d轴电流分量的参考值，Izq(s)为q轴电流分量，Izq_ref(s)为q轴电流分量的参考值，kp为比例系数，ki为积分系数，ω0为角频率，Ls为所述运行试验电路内桥臂电抗器的电抗值。
[0066] 与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0067] 1、本发明提供的一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法，首先依据运行试验电路内两个桥臂之间的循环电流计算两个附加电压信号，可以抑制循环电流振荡并消除循环电流内的二倍频分量，然后将这两个附加电压信号的电压和作为桥臂电压附加量，最后对该桥臂电压附加量进行调制得到桥臂的附加开关信号，臂在该信号驱动下输出附加电压保证运行试验电路稳定运行；
[0068] 2、本发明提供的一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制装置，附加电压计算模块可以依据循环电流计算桥臂的附加电压信号，附加开关信号调制模块对附加电压信号调制后可以得到桥臂的附加开关信号，桥臂在该附加开关信号的驱动下动作。
附图说明
[0069] 图1：MMC换流阀的等效试验电路示意图；
[0070] 图2：MMC等效试验电路的桥臂交流电压波形示意图；
[0071] 图3：MMC试品阀的电压/电流波形示意图；
[0072] 图4：本发明
实施例中一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法实施
流程图；
[0073] 图5：本发明实施例中MMC换流阀运行试验电路的稳定控制装置的原理示意图；
[0074] 图6：本发明实施例中MMC试品阀电流波形示意图；
[0075] 图7：本发明实施例中循环电流内各分量波形示意图。
具体实施方式
[0076] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0077] 下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法进行说明。
[0078] 图4为本发明实施例中一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法实施流程图，如图所示，本实施例中MMC换流阀运行试验电路的稳定控制方法可以按照下述步骤实施，具体为。
[0079] 步骤S101：采集运行试验电路的两个并联桥臂之间的循环电流。
[0080] 步骤S102：依据循环电流计算第一附加电压信号，从而抑制循环电流振荡；依据循环电流计算第二附加电压信号，从而消除循环电流的二倍频分量。
[0081] 步骤S103：将第一附加电压信号和第二附加电压信号的和作为桥臂的桥臂电压附加量；对桥臂电压附加量进行脉冲调制得到桥臂的附加开关信号。其中，附加开关信号指的是运行试验电路的各桥臂在驱动信号控制下运行后，为了使得运行试验电路稳定运行再次向各桥臂发送的驱动信号，而步骤S101和S102分别得到的第一附加电压信号和第二附加电压信号为桥臂电压附加量的分量。
[0082] 本实施例中首先依据运行试验电路内两个桥臂之间的循环电流计算两个附加电压信号，可以抑制循环电流振荡并消除循环电流内的二倍频分量，然后将这两个附加电压信号的电压和作为桥臂电压附加量，最后对该桥臂电压附加量进行调制得到桥臂的附加开关信号，臂在该信号驱动下输出附加电压保证运行试验电路稳定运行。
[0083] 进一步地，本实施例中步骤S101可以按照下述步骤实施。
[0084] 本实施例中运行试验电路内两个桥臂之间的循环电流与经过任一桥臂的桥臂电流相等，因此可以采用电流互感器测量任一个桥臂的桥臂电流作为循环电流。其中循环电流包括
直流分量、基频分量和谐波分量，谐波分量主要为二倍频分量，为了保证运行试验电路稳定运行需要消除以二倍频分量为主的谐波分量。
[0085] 进一步地，本实施例中步骤S102计算第一附加电压信号可以按照下述步骤实施。
[0086] 1、对循环电流进行第一比例延时控制得到第一电流信号iz_01(s)
[0087] 本实施例中第一比例延时控制如下式（1）所示：
[0088]
[0089] 其中，iz(s)为循环电流，s为复变量，T1为延时时间。
[0090] 2、对第一电流信号iz_01(s)进行第二比例延时控制得到第二电流信号iz_02(s)[0091] 本实施例中第二比例延时控制如下式（2）所示：
[0092]
[0093] 其中，T2为延时时间。
[0094] 3、对第二电流信号iz_02(s)进行比例控制得到第一附加电压信号Vex1(s)。
[0095] 本实施例中比例控制如下式（3）所示：
[0096] Vex1(s)＝Rvpiz_02(s) （3）
[0097] 其中，Rvp为比例系数且为常数。本实施例中比例系数Rvp相当于一个虚拟电阻，因此可以抑制循环电流的振荡并削弱其二倍频分量。
[0098] 进一步地，本实施例中步骤S102计算第二附加电压信号可以按照下述步骤实施。
[0099] 1、按照式（1）对循环电流进行第一比例延时控制得到第一电流信号iz_01(s)[0100] 2、对第一电流信号进行延时控制后获取其在旋转坐标系下的电流分量。
[0101] 本实施例中旋转坐标系下的电流分量包括d轴电流分量和q轴电流分量。
[0102] 3、计算各电流分量的参考值与其对应的电流分量的偏差。
[0103] 本实施例中消除二倍频分量时可以将各电流分量的参考值设置为0，进而依次对该偏差进行比例积分控制和解耦以消除循环电流的二倍频分量。
[0104] 4、依次对偏差进行比例积分控制和解耦，将解耦后得到的电压信号由旋转坐标系转换至静止坐标系，从而得到第二附加电压信号。
[0105] （1）依次对d轴电流分量的偏差进行比例积分控制和解耦如下式（4）所示：
[0106]
[0107] 其中，Vd(s)为解耦后得到的电压信号的d轴电压分量，Izd(s)为d轴电流分量，Izd_ref(s)为d轴电流分量的参考值，Izq(s)为q轴电流分量，kp为比例系数，ki为积分系数，s为复变量，ω0为角频率，Ls为运行试验电路内桥臂电抗器的电抗值。
[0108] （2）依次对q轴电流分量的偏差进行比例积分控制和解耦如下式（5）所示：
[0109]
[0110] 其中，Vq(s)为解耦后得到的电压信号的q轴电压分量，Izq_ref(s)为q轴电流分量的参考值。
[0111] 图6为本发明实施例中MMC试品阀电流波形示意图，如图所示，本实施例中循环电流波形显示从第2s开始，其振荡范围接近-4～4kA，在t=3s后对第一电流信号进行比例控制后即在计算第一附加电压信号时可以显著抑制电流振荡使其振荡范围降低至接近-1～1kA。
[0112] 图7为本发明实施例中循环电流内各分量波形示意图，如图所示，本实施例中在t=4s时对第一电流信号进行比例积分控制后即在计算第二附加电压信号时可以消除循环电流中的二倍频分量。
[0113] 本实施例中在计算第一电压附加信号时利用比例控制环节等效虚拟电阻，从而抑制运行试验电路内的电流振荡使得电路稳定运行，在计算第二电压附加信号时利用比例积分控制环节消除循环电流内的二倍频分量使得运行试验电路和换流阀实际运行电路的循环电流保持一致，提高了运行试验电路的等效性。
[0114] 本发明还提供了一种MMC换流阀运行试验电路的稳定控制装置，并给出具体实施例。
[0115] 本实施例中MMC换流阀运行试验电路的稳定控制装置可以包括电流采集模块、附加电压计算模块和附加开关信号调制模块，其中：
[0116] 电流采集模块，用于采集两个桥臂之间的循环电流。
[0117] 附加电压计算模块，用于依据循环电流计算第一附加电压信号和第二附加电压信号。
[0118] 附加开关信号调制模块，用于将第一附加电压信号和第二附加电压信号的和作为桥臂的桥臂电压附加量，并对桥臂电压附加量进行脉冲调制得到桥臂的附加开关信号。
[0119] 本实施例中附加电压计算模块可以依据循环电流计算桥臂的附加电压信号，附加开关信号调制模块对附加电压信号调制后可以得到桥臂的附加开关信号，桥臂在该附加开关信号的驱动下动作。
[0120] 进一步地，本实施例中电流采集模块还可以包括下述结构。
[0121] 本实施例中电流采集模块包括电流互感器，可以用于采集经过运行试验电路中两个并联桥臂中任一桥臂的桥臂电流，并将该桥臂电流发送至附加电压计算模块。
[0122] 进一步地，本实施例中附加电压计算模块还可以包括下述结构。
[0123] 图5为本发明实施例中MMC换流阀运行试验电路的稳定控制装置的原理示意图，如图所示，本实施例附加电压计算模块包括第一比例延时控制器、第一附加电压信号计算单元和第二附功能加电压信号计算单元。其中，
[0124] 1、第一比例延时控制器
[0125] 本实施例中第一比例延时控制器用于对循环电流进行第一比例延时控制得到第一电流信号。其中，第一比例延时控制如下式（6）所示：
[0126]
[0127] 其中，iz_01(s)为第一电流信号，iz(s)为循环电流，s为复变量，T1为延时时间。
[0128] 2、第一附加电压信号计算单元包括
[0129] 本实施例中第一附加电压信号计算单元包括第二比例延时控制器和比例控制器。其中，
[0130] （1）第二比例延时控制器
[0131] 本实施例中第二比例延时控制器用于对第一电流信号进行第二比例延时控制得到第二电流信号。其中，第二比例延时控制如下式（7）所示：
[0132]
[0133] 其中，iz_02(s)为第二电流信号，T2为延时时间。
[0134] （2）比例控制器
[0135] 本实施例中比例控制器用于对第二电流信号进行比例控制得到第一附加电压信号。
[0136] 比例控制如下式（8）所示：
[0137] Vex1(s)＝Rvpiz_02(s) （8）
[0138] 其中，Vex1(s)为第一附加电压信号，Rvp为比例系数且为常数。
[0139] 3、第二附加电压信号计算单元
[0140] 本实施例中第二附加电压信号计算单元包括第一坐标变换子单元、第二坐标变换子单元、偏差计算子单元和比例积分控制器。其中，
[0141] （1）第一坐标变换子单元
[0142] 本实施例中第一坐标变换子单元用于对第一电流信号进行延时控制后获取其在旋转坐标系下的电流分量。
[0143] （2）偏差计算子单元
[0144] 本实施例中偏差计算子单元用于计算各电流分量的参考值与其对应的电流分量的偏差。
[0145] （3）比例积分控制器
[0146] 本实施例中比例积分控制器用于依次对各偏差进行比例积分控制和解耦。其中，比例积分控制器如下式（9）所示：
[0147]
[0148] 其中，Vd(s)和Vq(s)分别为解耦后得到的电压信号的d轴电压分量和q轴电压分量，Izd(s)为d轴电流分量，Izd_ref(s)为d轴电流分量的参考值，Izq(s)为q轴电流分量，Izq_ref(s)为q轴电流分量的参考值，kp为比例系数，ki为积分系数，ω0为角频率，Ls为所述运行试验电路内桥臂电抗器的电抗值。
[0149] （4）第二坐标变换子单元
[0150] 本实施例中第二坐标变换子单元用于解耦后得到的电压信号由旋转坐标系转换至静止坐标系，从而得到第二附加电压信号。
[0151] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些
修改和变型属于本发明
权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
