一种面向交流两相间不对称短路故障的MMC控制方法

本发明属于电力电子变换器故障控制相关，更具体地，涉及一种面向交流两相间不对称短路故障的mmc控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着电力电子、新能源发电和储能技术的发展成熟，直流配用电技术在电网中的作用日趋明显。为满足智能配电网分布式电源消纳、高供电可靠性等定制电力需求，基于柔性互联的交直流混联配电网被视为提高配网运行效率和供电可靠性的关键技术途径，被认为是未来配电网结构的重要发展方向。

2、为适配中压配网电压等级要求，需采用中压大功率变换器作为配网柔性互联关键节点变配电装置。综合各拓扑优缺点和交直流配电网互联技术要求后，模块化多电平换流器（modular multilevel converter, mmc）在故障发生时的控制能力、适用电压范围、 适用容量、拓展性与控制难易度等方面具有极大的优势。因此，mmc成为了目前交直流混联配电网柔性互联装置的主流拓扑结构。

3、随着基于mmc的交直流混联配网工程的逐渐投入运行，大规模电力电子装备配网系统的交直流侧短路故障成为威胁电网供电可靠性的关键因素之一。电力电子设备的结构特征与控制方法迥异于传统同步机组，大容量电力电子设备的接入给交流配网的安全稳定运行带来巨大挑战。交流两相间不对称短路故障是配电网中常发生的故障类型，两相间不对称特性导致其故障特性和故障控制策略都比对称故障更为复杂。

4、现有的交流两相间不对称短路故障控制方法，在电流控制方面，只关注了变换器交流侧电流，但当变换器为mmc时，其内部电流（即流过开关管的桥臂电流）不只由交流侧电流决定，还包含有直流分量和环流分量，这种情况下mmc存在极大的过流损坏风险，现有研究尚未涉及。

5、因此，如何设计两相间不对称短路故障下mmc的控制策略，实现mmc型交直流混联配电网的控制保护协同，是极具价值且亟待研究的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向交流两相间不对称短路故障的mmc控制方法，其目的在于提出一种两相间不对称短路故障下mmc的控制保护协同策略。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种面向交流两相间不对称短路故障的mmc控制方法，包括：

3、采用电压电流双闭环控制，基于电压控制外环，控制非故障线电压跟踪故障前的参考值；基于电流控制内环，控制故障相电流参考信号的幅值为继电保护要求的故障电流幅值，使得故障相电流幅值达到继电保护阈值；

4、提取故障两相桥臂电流的交流信号

ik和直流偏置信号；采用单相桥臂环流的最优参考幅值计算公式：，计算

k相桥臂环流的最优参考幅值；式中，为

ik的幅值，

k表示任一故障相；

5、将交流信号

ik分解为相正交的幅值同

ik的两个三角函数信号和，利用和进行数学运算得到幅值为1的信号，其相位为环流最优参考相位，表示

ik的相位；将该信号乘以，得到环流参考值；

6、利用调节器调节每一故障相桥臂环流达到该故障相桥臂环流参考值，故障两相桥臂的环流参考值能够抵消对应桥臂中的直流偏置，其中，故障两相桥臂的直流偏置方向相反。

7、进一步，将交流信号

ik分解为正交的幅值同

ik的两个三角函信号和的方式为：

8、将

ik作为sogi积分器的输入，得到两个相正交的和；其中，，，；

9、所述数学运算为：。

10、进一步，所述调节器为比例-积分-准谐振调节器。

11、进一步，故障相别的确定方式为：

12、在故障暂态期间将mmc输出正序电流保持预设时间，计算正序电压、负序电压和零序电压，计算三相线电压幅值

uabm,

ubcm,

ucam，根据

uabm,

ubcm,

ucam的相对大小来确定故障相别，即判定最小线电压对应的两相之间发生两相间不对称故障，实现故障相别确定。

13、进一步，在电流控制内环，三相电流参考信号、、的获取方式为：

14、将电流参考值经过二阶广义积分器sogi得到正交的输出和，在利用下式将其转换成三相电流参考值、、：

15、；

16、式中，电流参考值是在y、z相发生故障下，在电压控制外环中将非故障线电压幅值

uxy的实际值与幅值保持额定不变的参考值相减，将相减结果输入比例-积分-准谐振调节器pir后所得到，其中，；表示非故障相x与故障相y或z的交流侧电流的相位差，非故障相x与故障相y的交流侧电流相位差等同于非故障相x与故障相z的交流侧电流相位差；x、y、z分别对应表示a、b、c三相中的一相。

17、按照本发明的另一方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

18、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的方法的步骤。

19、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，所述计算机程序或指令被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

20、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的技术方案主要具有以下有益效果：

21、1. 本发明提出一种面向交流两相间不对称短路故障的mmc控制方法，在电压支撑方面，基于电压控制外环，控制非故障线电压跟踪故障前的参考值，使得故障期间非故障线电压不会跌落，能够保持额定值，确保非故障负荷供电不受影响；在电流控制方面，基于电流控制内环，控制故障相电流参考信号的幅值为继电保护要求的故障电流幅值，使得故障相电流幅值达到继电保护阈值，与继电保护装置配合，快速切除故障；在过载能力方面，针对不对称短路故障带来的更为严重的过流问题，通过本实施例提出的一系列计算处理，所得到的环流参考值能够抵消直流偏置，在不需要增加硬件成本的条件下提升了mmc的过载能力。从而，本发明方法适用于交流不对称短路故障，能够为mmc型交直流混联配电网的安全稳定运行提供有力保障。

22、2. 本发明进一步提出将交流信号

ik分解为正交的幅值同

ik的两个三角函数信号和的方式为：将

ik作为sogi积分器的输入，得到两个相正交的和；其中，，，；数学运算为：。这种计算方式不需要用锁相环提取

ik的相位，即可使得环流参考值的相位为最优相位，比基于锁相环的方法具有更好的稳定性。

23、3. 本发明进一步提出三相电流参考信号、、的获取方式为：将电流参考值经过二阶广义积分器sogi得到正交的输出和，在利用下式将其转换成三相电流参考值、、：。这种计算方式能够有效确保故障相电流参考信号

iy的幅值为继电保护动作阈值

if。