MMC柔性直流输电系统的基本控制策略课件

MMC柔性直流输电系统的基本控制策略2017年6月MMC柔性直流输电系统的基本控制策略2017年6月1ZJU1 柔性直流输电系统控制策略简介2 同步旋转坐标系下MMC的数学模型3 交流电网平衡时的MMC控制器设计4 向无源网络供电时的MMC控制器设计内容提要ZJU1 柔性直流输电系统控制策略简介内容提要2第1章柔性直流输电系统控制策略简介第1章3间接电流控制ZJU早期的电压源换流器（VSC）采用间接电流控制策略，即根据abc坐标系下VSC的数学模型和当前的有功、无功功

率指令值，计算需要VSC输出的交流电压的幅值和相角。间接电流控制策略通过控制VSC输出交流电压的幅值和相位，间接控制交流电流；其优点在于控制简单，无需电流反馈控制。但是其缺点是电流动态响应慢，受系统参数影响大，容易造成VSC阀的过电流。间接电流控制ZJU4直接电流控制（矢量控制）策略ZJU以快速电流反馈为特征，能够获得高品质的电流响应，目前来看这种控制策略已成为主流。直接电流控制可以在三种不同的坐标系及对应的控制算法下实现。（1）同步旋转坐标系(dq坐标系)与比例-积分（PI）控制算法；（2）坐标系与比例谐振（PR）控制算法；（3）abc坐标系与无差拍（Dead

Beat）控制算法或滞环（Hysteresis）控制算法。我们今天只讲（1）的实现方法。直接电流控制（矢量控制）策略ZJU5ZJU第2章同步旋转坐标系下MMC的数学模型ZJU第2章6ZJU符号和变量定义-逆变器惯例SM2SMNupaunaupbunbupcuncIdc相单元+-++-

- +- +

- +- Udc

o2dcU2UdcipcipbipaincinbinaivavbiivcvauvbuuvcSM10LL00LL0L0

SM2SMNSM1SM2SMNSM1SM2SMNSM1SM2SMNSM1SM2SMNSM1v+-vbvcR0R0R0R0R0L0R0pvjqvusausbuscacLLacLacEpaEpbEpcEnaEnbEncva

uEpno

'psjqs假定从换流站交流母线看出去的交流等值系统为无穷大

系统，因而图

中的Lac可以

认为是联接变

压器的漏电感。ZJU符号和变量定义-逆变器惯例SM2SMNupaunaup7ZJU描述MMC行为的基本方程ZJU描述MMC行为的基本方程8ZJU差模电压与输出电流的关系（1）ZJU差模电压与输出电流的关系（1）9ZJU差模电压与输出电流的关系（2）ZJU差模电压与输出电流的关系（2）10ZJU三种坐标系之间的关系usdqabtcZJU三种坐标系之间的关系usdqabc11PARK变换的2步法实现两轴dq旋转坐标系。ZJU为了方便后面的讨论，我们将从abc三相静止坐标系变换到两轴dq旋转坐标系的变换过程分两步来实现。第1步采用Clarke变换，从三相abc静止坐标系变换到两相静止坐标系；

第2步采用Park变换，从两相静止坐标系变换到PARK变换的2步法实现两轴dq旋转坐标系。ZJU12PARK变换的2步法实现（1）两轴dq旋转坐标系。ZJU为了方便后面的讨论，我们将从abc三相静止坐标系变换到两轴dq旋转坐标系的变换过程分两步来实现。第1步采用Clarke变换，从三相abc静止坐标系变换到两相静止坐标系；

第2步采用Park变换，从两相静止坐标系变换到PARK变换的2步法实现（1）两轴dq旋转坐标系。ZJU13ZJUPARK变换的2步法实现（2）从abc静止坐标系到静止坐标系的变换关系式从静止坐标系到dq旋转坐标系的变换关系式sαsmusa

usa

uU cos(t)u2u

3s-2s

sb

sb

1

1

2

1

23 2 Usmsin(t)

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3

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3 2u

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sc

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Tcos(t)usa

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2

3)usc

cos(t

2

3)对于三相平衡电力系统ZJUPARK变换的2步法实现（2）从abc静止坐标系到14ZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理SynchronousReference

Frame（SRF-PLL）ZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理15ZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理1s++-

dqsbusauuscusdsqu+

0squ*0pkskiususabcZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理16ZJUPark变换的定义（1）ZJUPark变换的定义（1）17ZJUPark变换的定义（2）ZJUPark变换的定义（2）18ZJUPark变换的定义（3）ZJUPark变换的定义（3）19ZJUPark变换的定义（4）ZJUPark变换的定义（4）20ZJUdq坐标系下MMC交流侧基本方程vdvdsddiffdi (t)i (t)u (t)u (t)

dL

R

Ldtivq

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(t)Livd

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3U

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u i 3U is 2 sd

vq 2 sm

vq根据瞬时功率理论得到ZJUdq坐标系下MMC交流侧基本方程vdvdsddiffd21ZJUMMC交流侧在dq坐标系下的输入输出传递函数此

图

描

述

了MMC控制变量与受控变量之间的关系，是控制器设计的基础。R

Lsivd

susd

sudiffd

sLivq

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-

1 RsLLLRsL

1 diffdu (s)diffqu (s)--+

+usd

(s)usq

(s)ivd

(s)ivq

(s)ZJUMMC交流侧在dq坐标系下的输入输出传递函数此图描22ZJU内部环流的基本特性103cirjr

2miIdcI cos(2t

t

)

Q3cirar

2miIdcI cos(2tt

)3333cirbr

2mr

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2(t

2)

t

IdcI cos(2t

2)3333circr

2mr

2mtiIdcI cos

2(t

2)

t

IdcI cos(2t

2)Q10表

示3

次

及

以上的谐波分量，已

非常小，

可以忽略不计。可以看出，

MMC内部环

流的

2

次谐

波相序是负序的ZJU内部环流的基本特性103cirjr2miIdcI23共模电压与内部环流的关系内部环流的关系式为020

cirjcomjdicirjLdtR

i Udcu0ciraciracomacirbLdtUdc

2 i (t)i (t)u (t)

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R it Udcu

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dc

2 由于MMC内部环流是2次谐波，且相序是负序的，

因此需要采用对应于负序和2次的dq变换式。ZJU根据描述MMC行为的基本方程得到共模电压与共模电压与内部环流的关系内部环流的关系式为020cirjc24ZJU的关系33ciracira32323sdqcos

2i (t)(t)cos(22)cos(22)ii(t)(2)

i (t)2

3

i(t)cirbcirbcirqsin

2sin(2) sin(2i (t))

i (t)

circ

circ icird

(t)T3 3comacomacombcombcomq32323sdqcos

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(t)(t)cos(22)cos(22)uu(t)(2)

u (t)2

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2sin(2) sin(2u

(t))

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comc

comc

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icird(t)ucomd(t)u(t)0dt

i(t)0

i(t)(t)2Licirqcirqcirqd

2q2坐标系下共模电压与内部环流ZJU的关系33ciracira333sdqcos225ZJUMMC内部环流与共模电压的传递函数关系此图同样描述了MMC控制变量与受控变量之间的关系，是控制器设计的基础。

-ucomd(s)

-comqu (s)-

+0 0 1 RsL0 0 1 RsL02L02Licird

(s)icirq

(s)R0

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sucomd

s2L0icirq

sR0L0sicirq

sucomq

s2L0icird

sZJUMMC内部环流与共模电压的传递函数关系此图同样描述-26ZJU第3章交流电网平衡时的MMC控制器设计ZJU第3章27ZJUMMC的基本控制逻辑ZJUMMC的基本控制逻辑28ZJUMMC内外环控制器结构框图UdcIdcsvusabcivabc

瞬时功率计算ps

,

qs

,Usmusd外环功

率控制*

Ps

*sQ*dc

U

*smU内环电流控制器*vdicirdqi*0dq*comdqu3s

()dq3sT (2)jcomju*脉冲生成pju*nju*** ** * *nj comj diffjpj comj diffjuu uuu uicirabc

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()T3sdq

()usd

usqivdivqusqvqiivd*vqiivqusd

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(2)icirdqu*diff

Tdqu*diffivdZJUMMC内外环控制器结构框图UdcIdcsvusabc29ZJU内环电流控制器之输出电流跟踪控制R

Lsivd

susd

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sLivq

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Lsivq

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sLivd

sZJU内环电流控制器之输出电流跟踪控制RLs30ZJU输出电流跟踪的控制器设计（1）Vd

(s)

usd

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(s)ZJU输出电流跟踪的控制器设计（1）Vd(s)31ZJU输出电流跟踪的控制器设计（2）divd

(s)

1G(s)V (s) RLs1ivq(s)

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(s)即Vd

(s))Vq

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(sZJU输出电流跟踪的控制器设计（2）divd(s) 32ZJU输出电流跟踪的控制器设计（3）则Vd

(s))Vq

(s)ivq

(s)G(s)ivd

(s)*vdi (s)ivq

(s)*vqi (s)G(s)ivd

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(s)

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(s)GC

2

(s)G(s)ZJU输出电流跟踪的控制器设计（3）Vd(s))Vq(s33ZJU输出电流跟踪的控制器设计（4）ZJU输出电流跟踪的控制器设计（4）34ZJU输出电流跟踪的控制器设计（5）sdvqsdvqsqvdsqvddiffdddiffqqvqusu sLisV

(s)

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s

vdvd

p1u(s)u sLisV(s)usLisi*

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s

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p

2ZJU输出电流跟踪的控制器设计（5）sdvqsdvqsqvd35ZJU输出电流跟踪的控制器设计（6）-

L1R

sLdiffd(s)diffqu*(s)+ u*---*vdi (s)ivd

(s)usd

(s)ivq

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(s)vq

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+ +usq

(s)usd

(s)+

控制器框图输出电流响应框图+LL-Ls) -

1 R

sLivq

(ZJU输出电流跟踪的控制器设计（6）- L1RsL36内环电流控制器之内部环流抑制控制波分量，交流输出电流的主要成分是基波分量和5次、7次及以上谐波分量。容易理解，内部环流中的直流分量通过直流线路构成回路，

是直流输电的工作电流；而内部环流中的2次谐波分量既不流入交流电网，也不流入直流线路，完全在三相桥臂间流动。因此可以认为，内部环流中的2次谐波分量不是工作电流，它对MMC的正常工作不起作用；但它会占用桥臂元件的容量，

同时造成损耗。因此，从保证MMC可靠和高效工作的角度来看，将内部环流中的2次谐波分量抑制到零是所期望的。ZJU由前面的分析可知，内部环流的主要成分是直流分量和2次谐内环电流控制器之内部环流抑制控制波分量，交流输出电流的主要成37ZJU内部环流抑制控制器设计（1）则R0

L0sicird

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s2L0icirq

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L0sicirq

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s2L0icird

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'00 0 cirdd'cirqqR L

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V

(s)R L

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(s)

0ZJU内部环流抑制控制器设计（1）则R0L038ZJU内部环流抑制控制器设计（2）即'1dqV

(s)icird

(s)

1G'

(s)V

'

(s)R0L0sicirq(s)

G'

(s)R0L0sdV

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(s)cirdi (s)G'

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'

(s)

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0

G'

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3

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4

(s)V

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(s)qG'

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(s)ZJU内部环流抑制控制器设计（2）即'1dqV(s)ic39ZJU内部环流抑制控制器设计（3）C

3p

3C

4p

4ssG(s)kki

3G(s)kki

4i

3dcirdqcirqk

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p3V'(s)i*si skki4

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(s)

2L

i s2L

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p

4ZJU内部环流抑制控制器设计（3）C3p3C4p4s40ZJU内部环流抑制控制器设计（4）+-- +-+-

+1R0sL0comdu*(s)comqu*(s)--2L0cirdi*(s)0icicirq

(s)cirqi*(s)0cirdi (s)cirqi (s)p3kski

3

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4ksk 0 0 1 RsL2L02L0控制器框图内部环流响应框图(s)-ird2L0ZJU内部环流抑制控制器设计（4）+-- +-+-1R041ZJU内环电流控制器之最终控制量计算***pjcomjdiffjuuu***njcomjdiffjuuuZJU内环电流控制器之最终控制量计算***comjdiffj42ZJU外环功率控制器的基本逻辑（1）ZJU外环功率控制器的基本逻辑（1）43ZJU外环功率控制器的基本逻辑（2）ZJU外环功率控制器的基本逻辑（2）44ZJU有功类控制回路+-

+

+Ps*sP23usdivd

maxvdi*PIvd

maxi+-

Udc*dcU

PIivd

max*vdiivd

maxZJU有功类控制回路+- ++Ps*P23usdiv45ZJU无功类控制回路+

+

+Qs-*sQ23usdvq

maxi*vqiPIivq

max-+smU*smU

PIivq

max*vqiivq

maxZJU无功类控制回路+ ++Qs-*sQ23usdv46ZJU总结-MMC内外环控制器结构框图UdcIdcsvusabcivabc

瞬时功率计算ps

,

qs

,Usmusd外环功

率控制*

Ps

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U

*smU内环电流控制器*vdicirdqi*0dq*comdqu3s

()dq3sT (2)jcomju*脉冲生成pju*nju*** ** * *nj comj diffjpj comj diffjuu uuu uicirabc

T3sdq

()T3sdq

()usd

usqivdivqusqvqiivd*vqiivqusd

usqT3sdq

(2)icirdqu*diff

Tdqu*diffivdZJU总结-MMC内外环控制器结构框图UdcIdcsvus47ZJU仿真算例-边界条件采用400

kV、400

MW

MMC构成测试系统。

整流侧为直流电压和无功功率控制，直流电压指令值设为400 kV，无功功率指令值设为0。逆变侧为有功功率和无功功率控制，初始有功功率为200

MW，初始无功功率为100

Mvar。1.0s时有功功率指令值由200MW更改为300

MW；1.2s时无功功率指令值由100Mvar更改为0

Mvar。+

MMC1架空线路

~交流系统1MMC2US1ps1jqs1~交流系统2US

2ps2jqs

2Uv1 Idc Uv

2_dcUZJU仿真算例-边界条件采用400kV、400MWMM48ZJU仿真算例-逆变侧主回路电气量2002503000501000200400-1010.91.01.11.21.3-101qsps功率(MW)(a)Ps*Qs*功率(Mvar)(b)电压(kV)(c)电流(kA)(d)1.4t

(s)电流(kA)(e)逆变侧主回路主要电气量：(a)

交流有功功率；

(b)

交流无功功率；

(c)阀侧交流电压；

(d)阀侧交流电流；（e）三相内部环流ZJU仿真算例-逆变侧主回路电气量200250300050149ZJU仿真算例-逆变侧内外环控制器中主要变量的变化波形(a)

输出电流d轴分量指令

值与实际值；(b) 输出电流q轴分量指令值与实际值；(c)

内部环流d轴分量和q轴分量实际值；(d)

桥臂差模电压d轴分量

和q轴分量指令值；(e)

桥臂共模电压d轴分量和q轴分量指令值。-0.8-0.6-0.40.000.150.30-0.50.00.50.00.61.20.91.01.11.21.3-0.50.00.5ivd电流(pu)(a)ivd*ivqivq*电流(pu)(b)icirqicird电流(kA)(c)udiffq*udiffd*电压(pu)(d)ucomq*ucomd*1.4t

(s)电压(pu)(e)ZJU仿真算例-逆变侧内外环控制器中主要变量的变化波形(a)50ZJU第4章向无源网络供电时的MMC控制器设计ZJU第4章51向无源网络供电的2个应用场景因而可以向无源网络供电。实际上，MMC向无源网络

供电至少包含有2个重要应用场景。（1）纯粹向无源网络供电，比如通过柔性直流输电向城

市中心区供电，或者通过柔性直流输电向无源海岛供电等。（2）风电场通过柔性直流输电接入电网，这种情况下风

电场侧等同于无源网络，需要MMC为风电场建立同步电源，否则风电场本身就无法运行。ZJU柔性直流输电的一个突出优势就是可以无源逆变，向无源网络供电的2个应用场景因而可以向无源网络供电。实际上，52受电端为无源网络时的应用场景MMC1MMC2svIdcUdcZLZJU这里我们重点讨论受电端为无源网络时MMC的控制器

设计问题，系统结构图如下所示。受电端为无源网络时的应用场景MMC1MMC2svIdcUdc53向无源网络供电时的MMC控制器设计的根本特点ZJU根据柔性直流输电系统的控制原理，受端换流器MMC2需要控制受端电网的电压幅值和频率，两个控

制自由度已用完，因此直流侧电压控制的任务必须由送端换流器MMC1来完成，MMC1的另外一个控制自

由度可以用来控制与送端交流电网之间的无功交换量。因此，MMC1的控制策略是定直流电压控制和定送入

交流侧的无功功率控制，这种控制器设计原理前面已有详细讲述，不再重复。下面重点讲述MMC2的控制

器设计原理。向无源网络供电时的MMC控制器设计的根本特点ZJU54ZJUMMC2的控制器设计原理（1）ZJUMMC2的控制器设计原理（1）55ZJUMMC2的控制器设计原理（2）ZJUMMC2的控制器设计原理（2）56ZJUMMC2的控制器设计原理（3）ZJUMMC2的控制器设计原理（3）57ZJUMMC2的控制器设计原理（4）-+*sdsmuUPIvd

maxiivd

maxusd*vdi-usqu*0+PIivq

maxivqvq

maxiZJUMMC2的控制器设计原理（4）-+*smuUPIv58ZJUMMC2的完整控制器框图UdcIdcsvusabcivabc0t外环功率控制*smU内环电流控制器vdi*cirdqi*0dq*comdqu3s

()dq3sT (2)jcomju*脉冲生成pju*nju*** *nj comj diffjpj comj diffjuu uu*u* u*icirabc

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()T3sdq

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(2)icirdqu*diff0t

Tdqu*diffivdZJUMMC2的完整控制器框图UdcIdcsvusabci59ZJU仿真验证-边界条件整流侧为直流电压和无功功率控制，直流电压指令值设为400 kV，无功功率指令值设为0。逆变侧向无源网络供电，控制无源网络母线s的电压幅值为220 kV，频率为50

Hz。无源网络原始负荷为200MW，1.0s时另外再投入200

MW有功负荷和100 Mvar无功负荷（此设计是让负荷超出MMC2的容量，看电压和电流过载情况）；1.5s时切除100

Mvar无功负荷。MMC1采用400kV、400MW

MMC构成测试系统。MMC2svIdcUdcZLZJU仿真验证-边界条件整流侧为直流电压和无功功率控制，直流60ZJU仿真算例-逆变侧主回路电气量2004000.5-0.50-0.75-1.000.00.30.6-0.5功率(MW/Mva)电压(kV)0(a)2000-200(b)1.0*vdiivdusqsdu电压(pu)0.0(c)*vqiivq电流(pu)(d)icirq0.9qsps电流(kA)电流(pu)(e)0.5icird0.01.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0t

(s)(f)ZJU仿真算例-逆变侧主回路电气量2004000.5-0.561ZJUZJU62MMC柔性直流输电系统的基本控制策略2017年6月MMC柔性直流输电系统的基本控制策略2017年6月63ZJU1 柔性直流输电系统控制策略简介2 同步旋转坐标系下MMC的数学模型3 交流电网平衡时的MMC控制器设计4 向无源网络供电时的MMC控制器设计内容提要ZJU1 柔性直流输电系统控制策略简介内容提要64第1章柔性直流输电系统控制策略简介第1章65间接电流控制ZJU早期的电压源换流器（VSC）采用间接电流控制策略，即根据abc坐标系下VSC的数学模型和当前的有功、无功功

率指令值，计算需要VSC输出的交流电压的幅值和相角。间接电流控制策略通过控制VSC输出交流电压的幅值和相位，间接控制交流电流；其优点在于控制简单，无需电流反馈控制。但是其缺点是电流动态响应慢，受系统参数影响大，容易造成VSC阀的过电流。间接电流控制ZJU66直接电流控制（矢量控制）策略ZJU以快速电流反馈为特征，能够获得高品质的电流响应，目前来看这种控制策略已成为主流。直接电流控制可以在三种不同的坐标系及对应的控制算法下实现。（1）同步旋转坐标系(dq坐标系)与比例-积分（PI）控制算法；（2）坐标系与比例谐振（PR）控制算法；（3）abc坐标系与无差拍（Dead

Beat）控制算法或滞环（Hysteresis）控制算法。我们今天只讲（1）的实现方法。直接电流控制（矢量控制）策略ZJU67ZJU第2章同步旋转坐标系下MMC的数学模型ZJU第2章68ZJU符号和变量定义-逆变器惯例SM2SMNupaunaupbunbupcuncIdc相单元+-++-

- +- +

- +- Udc

o2dcU2UdcipcipbipaincinbinaivavbiivcvauvbuuvcSM10LL00LL0L0

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uEpno

'psjqs假定从换流站交流母线看出去的交流等值系统为无穷大

系统，因而图

中的Lac可以

认为是联接变

压器的漏电感。ZJU符号和变量定义-逆变器惯例SM2SMNupaunaup69ZJU描述MMC行为的基本方程ZJU描述MMC行为的基本方程70ZJU差模电压与输出电流的关系（1）ZJU差模电压与输出电流的关系（1）71ZJU差模电压与输出电流的关系（2）ZJU差模电压与输出电流的关系（2）72ZJU三种坐标系之间的关系usdqabtcZJU三种坐标系之间的关系usdqabc73PARK变换的2步法实现两轴dq旋转坐标系。ZJU为了方便后面的讨论，我们将从abc三相静止坐标系变换到两轴dq旋转坐标系的变换过程分两步来实现。第1步采用Clarke变换，从三相abc静止坐标系变换到两相静止坐标系；

第2步采用Park变换，从两相静止坐标系变换到PARK变换的2步法实现两轴dq旋转坐标系。ZJU74PARK变换的2步法实现（1）两轴dq旋转坐标系。ZJU为了方便后面的讨论，我们将从abc三相静止坐标系变换到两轴dq旋转坐标系的变换过程分两步来实现。第1步采用Clarke变换，从三相abc静止坐标系变换到两相静止坐标系；

第2步采用Park变换，从两相静止坐标系变换到PARK变换的2步法实现（1）两轴dq旋转坐标系。ZJU75ZJUPARK变换的2步法实现（2）从abc静止坐标系到静止坐标系的变换关系式从静止坐标系到dq旋转坐标系的变换关系式sαsmusa

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cos(t

2

3)对于三相平衡电力系统ZJUPARK变换的2步法实现（2）从abc静止坐标系到76ZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理SynchronousReference

Frame（SRF-PLL）ZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理77ZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理1s++-

dqsbusauuscusdsqu+

0squ*0pkskiususabcZJU基于单同步旋转坐标变换的锁相环（SRF-PLL）的原理78ZJUPark变换的定义（1）ZJUPark变换的定义（1）79ZJUPark变换的定义（2）ZJUPark变换的定义（2）80ZJUPark变换的定义（3）ZJUPark变换的定义（3）81ZJUPark变换的定义（4）ZJUPark变换的定义（4）82ZJUdq坐标系下MMC交流侧基本方程vdvdsddiffdi (t)i (t)u (t)u (t)

dL

R

Ldtivq

(t)ivq

(t)Livd

(t)ivq

(t)usq

(t)udiffq

(t)usqivd

ps3

usd

qs

2

usqusdivq

2ssdvdsm

vdp

3

u

i

=

3U

i2q 3

u i 3U is 2 sd

vq 2 sm

vq根据瞬时功率理论得到ZJUdq坐标系下MMC交流侧基本方程vdvdsddiffd83ZJUMMC交流侧在dq坐标系下的输入输出传递函数此

图

描

述

了MMC控制变量与受控变量之间的关系，是控制器设计的基础。R

Lsivd

susd

sudiffd

sLivq

sR

Lsivq

susq

sudiffq

sLivd

s+

-

1 RsLLLRsL

1 diffdu (s)diffqu (s)--+

+usd

(s)usq

(s)ivd

(s)ivq

(s)ZJUMMC交流侧在dq坐标系下的输入输出传递函数此图描84ZJU内部环流的基本特性103cirjr

2miIdcI cos(2t

t

)

Q3cirar

2miIdcI cos(2tt

)3333cirbr

2mr

2mtiIdcI cos

2(t

2)

t

IdcI cos(2t

2)3333circr

2mr

2mtiIdcI cos

2(t

2)

t

IdcI cos(2t

2)Q10表

示3

次

及

以上的谐波分量，已

非常小，

可以忽略不计。可以看出，

MMC内部环

流的

2

次谐

波相序是负序的ZJU内部环流的基本特性103cirjr2miIdcI85共模电压与内部环流的关系内部环流的关系式为020

cirjcomjdicirjLdtR

i Udcu0ciraciracomacirbLdtUdc

2 i (t)i (t)u (t)

d

it (t)

R it Udcu

0cirb(

)comb(

)

2 U icirc

(t)icirc

(t)ucomc

(t)

dc

2 由于MMC内部环流是2次谐波，且相序是负序的，

因此需要采用对应于负序和2次的dq变换式。ZJU根据描述MMC行为的基本方程得到共模电压与共模电压与内部环流的关系内部环流的关系式为020cirjc86ZJU的关系33ciracira32323sdqcos

2i (t)(t)cos(22)cos(22)ii(t)(2)

i (t)2

3

i(t)cirbcirbcirqsin

2sin(2) sin(2i (t))

i (t)

circ

circ icird

(t)T3 3comacomacombcombcomq32323sdqcos

2u

(t)(t)cos(22)cos(22)uu(t)(2)

u (t)2

3

u(t)sin

2sin(2) sin(2u

(t))

u

(t)

comc

comc

ucomd

(t)T0comqL

dicird(t)Ricird(t)2L0

icird(t)ucomd(t)u(t)0dt

i(t)0

i(t)(t)2Licirqcirqcirqd

2q2坐标系下共模电压与内部环流ZJU的关系33ciracira333sdqcos287ZJUMMC内部环流与共模电压的传递函数关系此图同样描述了MMC控制变量与受控变量之间的关系，是控制器设计的基础。

-ucomd(s)

-comqu (s)-

+0 0 1 RsL0 0 1 RsL02L02Licird

(s)icirq

(s)R0

L0sicird

sucomd

s2L0icirq

sR0L0sicirq

sucomq

s2L0icird

sZJUMMC内部环流与共模电压的传递函数关系此图同样描述-88ZJU第3章交流电网平衡时的MMC控制器设计ZJU第3章89ZJUMMC的基本控制逻辑ZJUMMC的基本控制逻辑90ZJUMMC内外环控制器结构框图UdcIdcsvusabcivabc

瞬时功率计算ps

,

qs

,Usmusd外环功

率控制*

Ps

*sQ*dc

U

*smU内环电流控制器*vdicirdqi*0dq*comdqu3s

()dq3sT (2)jcomju*脉冲生成pju*nju*** ** * *nj comj diffjpj comj diffjuu uuu uicirabc

T3sdq

()T3sdq

()usd

usqivdivqusqvqiivd*vqiivqusd

usqT3sdq

(2)icirdqu*diff

Tdqu*diffivdZJUMMC内外环控制器结构框图UdcIdcsvusabc91ZJU内环电流控制器之输出电流跟踪控制R

Lsivd

susd

sudiffd

sLivq

sR

Lsivq

susq

sudiffq

sLivd

sZJU内环电流控制器之输出电流跟踪控制RLs92ZJU输出电流跟踪的控制器设计（1）Vd

(s)

usd

sudiffd

sLivq

sVq

(s)

usq

sudiffq

sLivd

s则R

Lsivd

susd

sudiffd

sLivq

sR

Lsivq

susq

sudiffq

sLivd

s变为R

Lsivd

sVd

(s)R

Lsivq

sVq

(s)ZJU输出电流跟踪的控制器设计（1）Vd(s)93ZJU输出电流跟踪的控制器设计（2）divd

(s)

1G(s)V (s) RLs1ivq(s)

G(s)RLsVq

(s)即Vd

(s))Vq

(s)ivq

(s)G(s)G(s)ivd

(sZJU输出电流跟踪的控制器设计（2）divd(s) 94ZJU输出电流跟踪的控制器设计（3）则Vd

(s))Vq

(s)ivq

(s)G(s)ivd

(s)*vdi (s)ivq

(s)*vqi (s)G(s)ivd

(sGC1

(s)Vd

(s)

G(s)Vq

(s)GC

2

(s)G(s)ZJU输出电流跟踪的控制器设计（3）Vd(s))Vq(s95ZJU输出电流跟踪的控制器设计（4）ZJU输出电流跟踪的控制器设计（4）96ZJU输出电流跟踪的控制器设计（5）sdvqsdvqsqvdsqvddiffdddiffqqvqusu sLisV

(s)

usLisi*si skki1

s

vdvd

p1u(s)u sLisV(s)usLisi*

si skki2

s

vq

p

2ZJU输出电流跟踪的控制器设计（5）sdvqsdvqsqvd97ZJU输出电流跟踪的控制器设计（6）-

L1R

sLdiffd(s)diffqu*(s)+ u*---*vdi (s)ivd

(s)usd

(s)ivq

(s)usq

(s)vq

+i*

(vdi (s)s)p1kp

2kki

2s++

ki1

+s+

+ +usq

(s)usd

(s)+

控制器框图输出电流响应框图+LL-Ls) -

1 R

sLivq

(ZJU输出电流跟踪的控制器设计（6）- L1RsL98内环电流控制器之内部环流抑制控制波分量，交流输出电流的主要成分是基波分量和5次、7次及以上谐波分量。容易理解，内部环流中的直流分量通过直流线路构成回路，

是直流输电的工作电流；而内部环流中的2次谐波分量既不流入交流电网，也不流入直流线路，完全在三相桥臂间流动。因此可以认为，内部环流中的2次谐波分量不是工作电流，它对MMC的正常工作不起作用；但它会占用桥臂元件的容量，

同时造成损耗。因此，从保证MMC可靠和高效工作的角度来看，将内部环流中的2次谐波分量抑制到零是所期望的。ZJU由前面的分析可知，内部环流的主要成分是直流分量和2次谐内环电流控制器之内部环流抑制控制波分量，交流输出电流的主要成99ZJU内部环流抑制控制器设计（1）则R0

L0sicird

s