本發(fā)明涉及高壓大功率電力電子，尤其涉及一種模塊化多電平直流變壓器低頻環(huán)流振蕩的控制方法、裝置。

背景技術：

1、模塊化多電平直流變壓器(mmdct)結構中，將中高頻變壓器的一側接入模塊化多電平換流器(mmc)橋臂，另一側可以采用h橋型拓撲，通過移相控制初次級間的相位差實現了中高頻交流和直流間的能量交互，以及一次側和二次側的電氣隔離和電壓匹配。但模塊化多電平結構中固有的rlc串聯結構導致了系統(tǒng)阻尼小，在工況突變的情況下一些復雜的內部動態(tài)行為產生了低頻振蕩并破壞了系統(tǒng)的正常運行以及系統(tǒng)穩(wěn)定性。近年來，有文獻推導了mmc的動態(tài)模型并對環(huán)流進行了研究，驗證了mmc中存在的諧振現象。

2、目前，對環(huán)流的分析和抑制的研究大多集中在基于mmc的高壓直流領域，而對于mmdct低頻環(huán)流振蕩的研究較少。一些文獻提出的方法只適用于那些工頻正弦波集中調制下的應用場合，而在類方波調制下只能通過控制子模塊開關脈沖的占空比來增加系統(tǒng)的阻尼，同時為了提高線路的輸送效率、降低線損，往往mmdct原邊的寄生電阻值都較小，進一步加重了系統(tǒng)的弱阻尼特性，使得低頻振蕩的衰減速率減小，引發(fā)嚴重的低頻環(huán)流振蕩。同時，大部分環(huán)流控制采用傳統(tǒng)的pi控制器進行雙閉環(huán)控制，但pi調節(jié)器存在著固有的滯后特性，會對系統(tǒng)的動態(tài)性能造成一定的影響，實際效果并不完全盡如人意，并且整體控制性能受參數的影響很大，需要進行大量試錯。

技術實現思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種模塊化多電平直流變壓器低頻環(huán)流振蕩的控制方法、裝置，旨在解決現有技術中存在的mmdct因弱阻尼特性而加重低頻振蕩且難以有效抑制的技術問題；進一步的，解決現有技術中存在的對mmdct進行低頻抑制存在滯后性的技術問題。

2、技術方案：本發(fā)明提供一種模塊化多電平直流變壓器低頻環(huán)流振蕩的控制方法，包括：對變壓器原邊側第一橋臂的電壓進行控制，在第一橋臂中產生共模電壓，從而調整第一橋臂和第二橋臂中子模塊的開關信號的占空比，使得第一橋臂或第二橋臂中子模塊的開關信號提前或延時，提前或延時的時間根據振蕩抑制角的大小確定；所述變壓器，原邊側包括并聯的第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂和第二橋臂均包括多個子模塊；基于引入的振蕩抑制角，建立變壓器的離散狀態(tài)空間模型，在離散狀態(tài)空間模型中增加低頻擾動，得到小信號擾動量模型；通過小信號擾動量模型，計算得到第一橋臂環(huán)流的小信號擾動預測值，構建對應的低頻環(huán)流抑制的代價函數；求解低頻環(huán)流抑制的代價函數，得到對應的最優(yōu)振蕩抑制角，基于最優(yōu)振蕩抑制角控制變壓器原邊側的第一橋臂或第二橋臂中子模塊的開關信號的占空比。

3、具體的，對變壓器原邊側第一橋臂的上橋臂電壓和下橋臂電壓進行控制；第一橋臂和第二橋臂均包括串聯的上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂包括相同數量的子模塊，上橋臂和下橋臂之間的連接線路上引出接口，用于與變壓器原邊連接。

4、具體的，在子模塊的半個開關周期內，若振蕩抑制角大于0，開關信號提前導通或延時關斷；若振蕩抑制角小于0，開關信號提前關斷或延時導通。

5、具體的，所述離散狀態(tài)空間模型如下：

6、

7、其中，x表示x＝[<uca’(t)>ts，<icira(t)>ts]t，<uca’(t)>ts表示一個開關周期內第一橋臂電容電壓之和的平均值，<icira(t)>ts表示一個開關周期內第一橋臂環(huán)流的平均值，ts表示開關周期，t表示時間，n表示上橋臂或下橋臂的子模塊數量，δd表示振蕩抑制角，l表示上橋臂或下橋臂中耦合電感的自感和漏感之和，c表示單個子模塊的電容，rs表示上橋臂或下橋臂中寄生電阻，p表示原邊側的輸出功率，udc表示直流母線電壓。

8、具體的，所述在離散狀態(tài)空間模型中增加低頻擾動，得到小信號擾動量模型，包括：

9、在離散狀態(tài)空間模型中增加低頻擾動，忽略離散狀態(tài)空間模型中的直流分量和高頻交流分量，得到小信號擾動量模型：

10、

11、其中，uca’表示第一橋臂電壓電容之和的靜態(tài)工作點，ucad’表示第一橋臂電容電壓之和的小信號擾動，δdw表示振蕩抑制角的靜態(tài)工作點，δdd表示振蕩抑制角的小信號擾動，icira表示第一橋臂環(huán)流的靜態(tài)工作點，icirad表示第一橋臂環(huán)流的小信號擾動；

12、具體的，對小信號擾動量模型，進行修改得到：

13、

14、其中，ucad’(k+2)和ucad’(k+1)分別表示k+2時刻和k+1時刻第一橋臂電容電壓之和的小信號擾動，icirad(k+2)和icirad(k+1)分別表示k+2時刻和k+1時刻第一橋臂環(huán)流的小信號擾動，δdd(k)表示k時刻振蕩抑制角的小信號擾動。

15、具體的，所述低頻環(huán)流抑制的代價函數j1如下：

16、j1＝λ1|iδ-idcira(k+2)|+λ2|idcira(k+2)-idcira(k)|，

17、其中，λ1和λ2均是權重因子，i△表示橋臂環(huán)流參考值的修正量，i△＝nts(ucref-ucav)/2l，ucref表示子模塊電容的參考電壓，ucav表示單個橋臂中子模塊電容電壓平均值，icirad(k)表示k時刻第一橋臂環(huán)流的小信號擾動。

18、具體的，所述基于最優(yōu)振蕩抑制角控制變壓器原邊側的第一橋臂或第二橋臂中子模塊的開關信號的占空比，之后包括：構建變壓器副邊側的平均輸出電壓模型，通過平均輸出電壓模型計算變壓器副邊側的輸出電壓的預測值，并構建對應的變壓器原副邊移相控制的代價函數；求解變壓器原副邊移相控制的代價函數，得到變壓器原副邊最優(yōu)移相比。

19、具體的，所述變壓器副邊側的平均輸出電壓模型如下：

20、

21、其中，<uo>表示一個開關周期內副邊側輸出電壓的平均值，lk表示副邊側交流鏈輸出等效電感，ro表示副邊側輸出等效電阻，co表示副邊側并聯電容，d表示原副邊移相比，n表示變壓器變比；

22、所述通過平均輸出電壓模型計算變壓器副邊側的輸出電壓的預測值，包括：

23、

24、其中，<uo(k+2)>和<uo(k)>分別表示k+2時刻和k時刻的一個開關周期內副邊側輸出電壓的平均值，<io(k)>表示k時刻的一個開關周期內副邊側輸出電流的平均值，fs表示副邊側開關頻率；

25、所述變壓器原副邊移相控制的代價函數gout如下：

26、gout＝|uoref-＜uo(k+2)＞|，

27、ucref表示副邊側輸出電壓的參考值。

28、本發(fā)明還提供一種模塊化多電平直流變壓器低頻環(huán)流振蕩的控制裝置，包括：占空比控制單元、擾動建立單元、低頻抑制單元和執(zhí)行單元，其中：所述占空比控制單元，用于對變壓器原邊側第一橋臂的電壓進行控制，在第一橋臂中產生共模電壓，從而調整第一橋臂和第二橋臂中子模塊的開關信號的占空比，使得第一橋臂或第二橋臂中子模塊的開關信號提前或延時，提前或延時的時間根據振蕩抑制角的大小確定；所述變壓器，原邊側包括并聯的第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂和第二橋臂均包括多個子模塊；所述擾動建立單元，用于基于引入的振蕩抑制角，建立變壓器的離散狀態(tài)空間模型，在離散狀態(tài)空間模型中增加低頻擾動，得到小信號擾動量模型；所述低頻抑制單元，用于通過小信號擾動量模型，計算得到第一橋臂環(huán)流的小信號擾動預測值，構建對應的低頻環(huán)流抑制的代價函數；所述執(zhí)行單元，用于求解低頻環(huán)流抑制的代價函數，得到對應的最優(yōu)振蕩抑制角，基于最優(yōu)振蕩抑制角控制變壓器原邊側的第一橋臂或第二橋臂中子模塊的開關信號的占空比。

29、有益效果：與現有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：通過在變壓器原邊側引入振蕩抑制角進行移相控制，在橋臂電感中產生定量可控幅值的脈沖共模電壓，增強系統(tǒng)的阻尼特性，進而有效抑制低頻環(huán)流振蕩；進一步的，采用預測控制方式，基于當前時刻的系統(tǒng)運行狀態(tài)選擇下一開關時刻的振蕩抑制角，有效抑制暫態(tài)過程中的低頻環(huán)流振蕩以及子模塊電容電壓波動，達到較好的動態(tài)調節(jié)效果，有效保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及安全高效運行。