一种柔性互联换流器的环流抑制方法及相关装置

技术领域

本申请涉及电力电子控制技术技术领域，尤其涉及一种柔性互联换流器的环流抑制方法及相关装置。

背景技术

随着分布式能源渗透率的提高、电动汽车的规模化接入和用户负荷的多样化发展，配电网的运行与调度变得更为复杂，并在电能质量、馈线运行和保护设计等方面面临巨大挑战。由于太阳能、风能等分布式能源和电动汽车充放电在时间和空间上的随机性，配电网易出现电压越限、馈线过载、双向潮流等问题，严重影响配电网的安全、经济运行。

为打破配电网现有一次设备调控能力不足的局面，学者们提出了积木式多端口柔性互联换流器，然而积木式多端口柔性互联换流器由于和MMC结构相似，也存在和MMC一样的环流问题，环流分量叠加在上下桥臂的电流内，不仅会提高功率开关器件额定电流容量，增加系统成本，并造成功率开关器件发热严重，甚至烧毁，影响装置的使用寿命。因此，实现环流的有效控制是十分有必要的。

发明内容

本申请提供了一种柔性互联换流器的环流抑制方法及相关装置，用于解决积木式多端口柔性互联换流器环流过大，导致影响装置的使用寿命的问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种柔性互联换流器的环流抑制方法，应用于PFCM1、PFCM2、PBCM以及CHB构成的积木式多端口柔性互联换流器；所述方法包括：

获取PFCM1、PFCM2、PBCM上下桥臂模块电压的平均值，分别计算得到各模块的环流电流目标值的幅值；

从PBCM的相间均衡的调制中获取PBCM环流电流目标值的频率与相角，并与其对应的环流电流目标值的幅值相乘后得到v

根据PFCM1、PFCM2的最终环流指令值2进行计算得到ilrefPF1(i)、ilrefPF2(i)；

采集PFCM1、PFCM2上下桥臂电抗处电流，计算得到环流变化差值Δil；

对环流电流目标值ilref与Δil做差并经过无差拍控制，得到桥臂电压的补偿值；

将桥臂电压的补偿值叠加到桥臂电压的调制指令中，实现上下桥臂的电压均衡；

在馈线潮流的d轴上叠加一个分量deltD，增加馈线调制，减小环流量。

可选地，所述环流电流目标值的幅值的计算方法为：

将下桥臂所有模块电压和的平均值减去上桥臂所有模块电压和的平均值的差值，并经过PI得到环流电流目标值的幅值。

可选地，所述锁相环输出的频率与相角为：以馈线1为基准输出。

可选地，所述PBCM的相间均衡的调制，计算方法包括：

采集每相PFCM1、PFCM2、PBCM模块电容电压和的平均值，并与给定值做差经过PI控制器，与装置无功电流同相位，并参考CHB的q轴电流与馈线2的q轴电流和的方向。

可选地，所述ilrefPF1(i)、ilrefPF2(i)的计算方法，包括：

ilrefPF1(i)＝-0.5*v

可选地，所述环流变化差值Δil的计算方法，包括：

下桥臂电抗处的电流与上桥臂电抗处的电流做差并滤除直流分量后为Δil。

可选地，所述分量deltD是在各自馈线调制上分别叠加，不影响潮流控制。

本申请第二方面提供一种柔性互联换流器的环流抑制系统，所述系统包括：

第一计算单元，用于获取PFCM1、PFCM2、PBCM上下桥臂模块电压的平均值，分别计算得到各模块的环流电流目标值的幅值；

第二计算单元，用于从PBCM的相间均衡的调制中获取PBCM环流电流目标值的频率与相角，并与其对应的环流电流目标值的幅值相乘后得到v

第三计算单元，用于根据PFCM1、PFCM2的最终环流指令值2进行计算得到ilrefPF1(i)、ilrefPF2(i)；

第四计算单元，用于采集PFCM1、PFCM2上下桥臂电抗处电流，计算得到环流变化差值Δil；

第五计算单元，用于对环流电流目标值ilref与Δil做差并经过无差拍控制，得到桥臂电压的补偿值；

第六计算单元，用于将桥臂电压的补偿值叠加到桥臂电压的调制指令中，实现上下桥臂的电压均衡；

第七计算单元，用于在馈线潮流的d轴上叠加一个分量deltD，增加馈线调制，减小环流量。

本申请第三方面提供一种柔性互联换流器的环流抑制设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第一方面所述的柔性互联换流器的环流抑制方法的步骤。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第一方面所述的柔性互联换流器的环流抑制方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种柔性互联换流器的环流抑制方法，通过采样上下桥臂的模块电压差，得到环流电流指令的幅值，PBCM环流指令相位取CHB输出的电流相位，PFCM环流指令相位与PBCM环流指令相位差为90°，实现与PBCM解耦控制；采样上下桥臂连续周期内的电流差的差值并滤除环流中的直流分量得到环流值，引入无差拍电流控制，实现上下桥臂均衡控制，增加馈线潮流调制分量，抑制桥臂内环流。从而解决了积木式多端口柔性互联换流器环流过大，导致影响装置的使用寿命的问题。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的一种柔性互联换流器的环流抑制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中提供的积木式多端口柔性互联换流器示意图；

图3为本申请实施例中提供的积木式多端口柔性互联换流器中的子模块的示意图；

图4为本申请实施例中提供的积木式多端口柔性互联换流器环流抑制控制框图；

图5为本申请实施例中提供的一种柔性互联换流器的环流抑制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例中提供的一种柔性互联换流器的环流抑制方法，应用于PFCM1、PFCM2、PBCM以及CHB构成的积木式多端口柔性互联换流器，如图2和3所示。

方法包括：

步骤101、获取PFCM1、PFCM2、PBCM上下桥臂模块电压的平均值，分别计算得到各模块的环流电流目标值的幅值；

步骤102、从PBCM的相间均衡的调制中获取PBCM环流电流目标值的频率与相角，并与其对应的环流电流目标值的幅值相乘后得到v

步骤103、根据PFCM1、PFCM2的最终环流指令值2进行计算得到ilrefPF1(i)、ilrefPF2(i)；

步骤104、采集PFCM1、PFCM2上下桥臂电抗处电流，计算得到环流变化差值Δil；

步骤105、对环流电流目标值ilref与Δil做差并经过无差拍控制，得到桥臂电压的补偿值；

步骤106、将桥臂电压的补偿值叠加到桥臂电压的调制指令中，实现上下桥臂的电压均衡；

步骤107、在馈线潮流的d轴上叠加一个分量deltD，增加馈线调制，减小环流量。

在一个实施例中，步骤101的环流电流目标值的幅值的计算方法为：

将下桥臂所有模块电压和的平均值减去上桥臂所有模块电压和的平均值的差值，并经过PI得到环流电流目标值的幅值。

具体的，如图4(a)所示为：v

在一个实施例中，步骤102的锁相环输出的频率与相角如图4(b)所示：是以馈线1为基准输出；其中v

在一个实施例中，步骤102的PBCM的相间均衡的调制计算方法包括：

采集每相PFCM1、PFCM2、PBCM模块电容电压和的平均值，并与给定值做差经过PI控制器，与装置无功电流同相位，并参考CHB的q轴电流与馈线2的q轴电流和的方向。

具体的，如图4(c)所示：采集每相PFCM1、PFCM2、PBCM模块电容电压和的平均值分别为v

在一个实施例中，步骤103的ilrefPF1(i)、ilrefPF2(i)的计算方法，包括：

ilrefPF1(i)＝-0.5*v

在一个实施例中，步骤104的环流变化差值Δil的计算方法，包括：

下桥臂电抗处的电流与上桥臂电抗处的电流做差为il(t)并与上一周期的il(t-1)做差为Δil。

在一个实施例中，步骤105的桥臂电压补偿值为图4(d)中的v

在一个实施例中，步骤106的叠加到调制指令中为图4(e)中，其中Mdc1、Mdc2份为PFCM1与PFCM2的直流偏置，v

在一个实施例中，步骤107的deltD在图4(f)中，dv12d和dv12q为馈线潮流控制环的内环输出，经过调制优化将deltD叠加，输出为：v

以上为本申请实施例中提供的一种柔性互联换流器的环流抑制方法，以下为本申请实施例中提供的一种柔性互联换流器的环流抑制系统。

请参阅图5，本申请实施例中提供的一种柔性互联换流器的环流抑制系统，包括：

第一计算单元201，用于获取PFCM1、PFCM2、PBCM上下桥臂模块电压的平均值，分别计算得到各模块的环流电流目标值的幅值；

第二计算单元202，用于从PBCM的相间均衡的调制中获取PBCM环流电流目标值的频率与相角，并与其对应的环流电流目标值的幅值相乘后得到v

第三计算单元203，用于根据PFCM1、PFCM2的最终环流指令值2进行计算得到ilrefPF1(i)、ilrefPF2(i)；

第四计算单元204，用于采集PFCM1、PFCM2上下桥臂电抗处电流，计算得到环流变化差值Δil；

第五计算单元205，用于对环流电流目标值ilref与Δil做差并经过无差拍控制，得到桥臂电压的补偿值；

第六计算单元206，用于将桥臂电压的补偿值叠加到桥臂电压的调制指令中，实现上下桥臂的电压均衡；

第七计算单元207，用于在馈线潮流的d轴上叠加一个分量deltD，增加馈线调制，减小环流量。

进一步地，本申请实施例中还提供了一种柔性互联换流器的环流抑制设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述方法实施例所述的柔性互联换流器的环流抑制方法的步骤。

进一步地，本申请实施例中还提供了计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述方法实施例所述的方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。