六边形MMC系统预充电修正方法、终端及介质与流程

    专利查询2025-07-15  15


    本发明涉及电力电子变流领域,尤其涉及一种六边形mmc系统在电网三相电压不平衡下的预充电修正方法、终端及介质。


    背景技术:

    1、六边形mmc(hexagonal modular multilevel converter,h-mmc)是一种新型的高性能电力电子变流器,它几乎继承了传统mmc的所有优点,比如:模块化的结构设计、可扩展性强、容错性好、输出波形谐波少等。除此之外,相比btb-mmc,六边形mmc还具备其独特的优势,比如:仅需6个桥臂即可实现电能直接ac/ac变换,低频特性好。故而,六边形mmc非常适合用于风力发电、电机驱动、低频输电等中/高压大功率应用场合。

    2、六边形mmc正常运行的前提是所有子模块已充至其额定值,否则强制启动会产生冲击电流损害器件。目前已有的预充电策略可分为两类:开环预充电和闭环预充电。相比开环预充电,闭环预充电具有充电电流可控、子模块一致性好、充电时间短的优点。因此更具应用前景。

    3、现有的闭环预充电策略是在电网电压为理想的三相平衡状态下进行讨论和设计的,然而,国标gb/t12326—2008规定电网电压存在轻微的三相不平衡是合理的,实际中,三相负荷很难做到完全一致,电网三相电压不平衡也是较为常见的。若在此工况下对六边形mmc进行闭环预充电,会使得各桥臂能量不均衡、子模块一致性变差、切换正常运行工况时还可能造成控制系统紊乱的问题。


    技术实现思路

    1、针对背景技术所述的缺陷和不足,本发明提供了一种六边形mmc系统预充电修正方法、终端及介质,具有子模块一致性好、各桥臂能量平均分配、鲁棒性好的优势。

    2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

    3、第一方面,提供了一种六边形mmc系统预充电修正方法,应用于六边形mmc系统,包括如下步骤:

    4、s1:断开交流电网与六边形mmc之间的第一三相接触器,以及六边形mmc与三相交流设备之间的第二三相接触器,检测六边形mmc中所有全桥子模块电容电压并计算其平均值uc_ave;

    5、s2:判断uc_ave 是否大于全桥子模块电容电压的目标值,若是则执行步骤s3,若否则继续执行步骤s1;

    6、s3:闭合第一三相接触器,检测三相不平衡下交流电网线电压实际值,分别记为uyx、uzy、uxz;

    7、s4:分别计算交流电网线电压额定值ug_ref与uyx,uzy,uxz的比值,分别记为:kyx、kzy、kxz;

    8、s5:分别计算第四桥臂和第五桥臂、第一桥臂和第六桥臂、第二桥臂和第三桥臂的全桥子模块电容电压平均值,记为u45_ave、u16_ave、u23_ave,将uc_ave分别与u45_ave、u16_ave、u23_ave相减,差值的绝对值作为滞环控制的输入,输出记为δyx、δzy、δxz;

    9、s6:基于kyx、kzy、kxz和δyx、δzy、δxz分别计算第四桥臂和第五桥臂、第一桥臂和第六桥臂、第二桥臂和第三桥臂的电流参考值修正系数,分别记为:kyx、kzy、kxz;

    10、s7:基于交流电网x、y、z三相的相电流参考值和kyx、kzy、kxz计算桥臂的电流参考值ix_ref,ix_ref表示第x桥臂的电流参考值;

    11、s8:将ix_ref和采样的桥臂电流实际值ix做差送入准pr调节器,输出桥臂电压参考值ux_ini;采用均压控制得到第x桥臂第i个全桥子模块电压参考值叠加量uxi_add,其中i取1,2,…n,n为桥臂中全桥子模块数量;将ux_ini除以n,再与uxi_add相加得到第x桥臂第i个全桥子模块的电压参考值uxi_ref,送入载波移相调制器输出六边形mmc的开关信号;

    12、s9:判断uc_ave ≥ uc_ref,是则表明预充电结束,否则继续执行步骤s8。

    13、进一步地,六边形mmc系统包括交流电网、六边形mmc、三相交流设备、限流电阻、第一三相接触器和第二三相接触器;

    14、所述六边形mmc由六个相同的桥臂首尾相连构成一个环形结构,每个桥臂由一个电感l和n个全桥子模块串联而成;六边形mmc的六个顶点逆时针方向依次记为z1、z2、z3、z4、z5和z6;

    15、所述第一三相接触器与限流电阻并联后,一端分别与六边形mmc的z1、z5和z3相连;另一端分别与交流电网的z、y、x三相相连;

    16、所述第二三相接触器一端分别与六边形mmc的z6、z2和z4相连;另一端分别与三相交流设备的r、s、t三相相连。

    17、进一步地,步骤s2中全桥子模块电容电压的目标值u目标通过下式计算得到:

    18、u目标=a× sqrt(2)×ug_ref /2/n

    19、其中,ug_ref为交流电网线电压额定值,sqrt()表示开平方函数,n为六边形mmc每个桥臂中全桥子模块的数量,a的取值范围为0.93~0.95。

    20、进一步地,步骤s5中,当滞环控制的输入大于0.6%uc_ref,滞环控制输出为0.2;当滞环控制的输入小于0.6%uc_ref,输出为0,其中uc_ref为全桥子模块电容电压额定值。

    21、进一步地,步骤s6中,kyx、kzy、kxz分别表示如下:

    22、kyx = kyx + sign(uc_ave - u45_ave) ×δyx

    23、kzy = kzy + sign(uc_ave - u16_ave) ×δzy

    24、kxz = kxz + sign(uc_ave - u23_ave) ×δxz

    25、其中,sign ()为求符号函数。

    26、进一步地,步骤s7中,各桥臂的电流参考值表示如下:

    27、i1_ref= i6_ref= kzy /3×(igy_ref - igz_ref)

    28、i2_ref= i3_ref= kxz /3×(igz_ref - igx_ref)

    29、i4_ref= i5_ref= kyx /3×(igx_ref - igy_ref)

    30、其中,ix_ref表示第x桥臂的电流参考值,x取1,2,…6;igx_ref、igy_ref、igz_ref分别为交流电网x、y、z三相的相电流参考值,其相位与三相电压相同。

    31、第二方面,提供了一种电子终端,包括:

    32、存储器,其上存储有计算机程序;

    33、处理器,用于加载并执行所述计算机程序以实现如前所述的六边形mmc系统预充电修正方法。

    34、第三方面,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的六边形mmc系统预充电修正方法。

    35、本发明提出了一种六边形mmc系统预充电修正方法、终端及介质,具有如下有益效果:

    36、(1)电网电压不平衡工况下,各桥臂电流幅值虽然相等,但是桥臂上的电压幅值却是不相等的,因此造成各桥臂吸收功率的不平衡,本发明通过在可控充电阶段调节各桥臂参考电流的幅值大小,可保证预充电阶段电网发出的能量在六边形mmc各桥臂间平均分配,并且子模块具有较好的一致性;

    37、(2)充电完成后切换成正常运行工况时,子模块较好的一致性好也会缩短调节时间、减小超调量,提高控制系统的稳定性。


    技术特征:

    1.一种六边形mmc系统预充电修正方法,其特征在于,应用于六边形mmc系统,包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的六边形mmc系统预充电修正方法,其特征在于,六边形mmc系统包括交流电网、六边形mmc、三相交流设备、限流电阻、第一三相接触器和第二三相接触器;

    3.根据权利要求1所述的六边形mmc系统预充电修正方法,其特征在于,步骤s2中全桥子模块电容电压的目标值u目标通过下式计算得到:

    4.根据权利要求1所述的六边形mmc系统预充电修正方法,其特征在于,步骤s5中,当滞环控制的输入大于0.6%uc_ref,滞环控制输出为0.2;当滞环控制的输入小于0.6%uc_ref,输出为0,其中uc_ref为全桥子模块电容电压额定值。

    5.根据权利要求1所述的六边形mmc系统预充电修正方法,其特征在于,步骤s6中,kyx、kzy、kxz分别表示如下:

    6.根据权利要求1所述的六边形mmc系统预充电修正方法,其特征在于,步骤s7中,各桥臂的电流参考值表示如下:

    7.一种电子终端,其特征在于,包括:

    8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的六边形mmc系统预充电修正方法。


    技术总结
    本发明公开了一种六边形MMC系统预充电修正方法、终端及介质,在交流电网三相电压不平衡工况下,根据实时采样的交流电网线电压,计算线电压额定值与线电压实际值的比值,利用滞环控制计算桥臂电流参考值的修正系数,通过在可控充电阶段控制各桥臂电流的幅值大小,调节各桥臂吸收的有功功率,使各桥臂间能量均衡。本发明使六边形MMC系统在电网三相不平衡工况下,依然能够使用闭环充电方法快速且可靠地将子模块充至额定值,与此同时,也能保证桥臂能量的平衡,具有子模块一致性好、控制简单的优点。

    技术研发人员:易元,王敏珍,徐爽,黄何,刘昕鑫,徐瀚,万辉,姜江
    受保护的技术使用者:中电长城(长沙)信息技术有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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