本發明涉及mmc換流器領域，具體涉及基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構及方法。

背景技術：

1、模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter,mmc)具備高度模塊化、電壓等級易拓展、諧波含量低等多種優勢，已逐漸成為長距離、跨區域高壓直流(highvoltage?direct?current,hvdc)輸電與深遠海海上風電送出的優勢技術方案。然而，mmc在工程運行中也面臨電網側故障時導致換流器頻繁閉鎖，直流側功率盈余導致直流系統過電壓，故障穿越失敗導致風機脫網等多種風險，嚴重影響電力系統的安全性與可靠性。基于儲能系統的調峰調頻、平抑功率波動、促進功率平衡、提供慣量和頻率支撐等優勢與特性，部分學者與專家提出以集中式或分散式的形式將儲能子模塊(energy?storage?unit,esu)集成到mmc結構中，構成儲能型mmc(energy?storage?mmc,es-mmc)，實現將儲能系統的綜合特性集成到mmc中。然而，集中式儲能型mmc的儲能子模塊需要承受較高的直流母線電壓，在設計與運維的優化方面難度較大。分散式儲能型mmc在面臨較多數量的子模塊時，成本與投資大大增加，并且各儲能子模塊的荷電狀態均衡的控制難度也明顯增大。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構及方法，以解決分散式儲能型mmc的儲能子模塊的荷電狀態均衡的控制難度大的問題。

2、第一方面，本發明提供了一種基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構，mmc結構包括三相橋臂，每個橋臂由上橋臂、下橋臂構成，上橋臂的一端與直流正極母線連接，上橋臂的另一端與下橋臂的一端連接后構成公共連接點，公共連接點與交流電源連接，下橋臂的另一端與直流負極母線連接，上橋臂及下橋臂均由k個子模塊團級聯構成；在上橋臂的每個子模塊團中，將靠近直流正極母線的第一個子模塊設置為儲能子模塊，儲能子模塊的后級依次級聯g個sm子模塊；在下橋臂的每個子模塊團中，將靠近直流負極母線的第一個子模塊設置為儲能子模塊，儲能子模塊的前級依次級聯g個sm子模塊；k、g均為正整數。

3、本發明以每間隔固定數量子模塊的形式均勻分散地將儲能單元嵌入到特定子模塊中，從而進一步優化儲能單元的數量、嵌入布局方式與控制策略，既能夠充分發揮儲能型mmc的綜合性能，又能夠簡化其結構布局與控制難度，降低成本投資，同步優化儲能型mmc的技術合理性與經濟性。

4、在一種可選的實施方式中，儲能子模塊包括：dc-dc電路、儲能電源及第一換流器，其中，dc-dc電路的一端與儲能電源連接，dc-dc電路的另一端與第一換流器的直流側連接；第一換流器的交流側與相鄰sm子模塊的交流側級聯連接。

5、第二方面，本發明提供了一種基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構的控制方法，基于第一方面的可選的實施方式的基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構，方法包括：通過功率流向與儲充放電策略設計、電壓電流平衡方程建模、基于等效占空比的儲能型mmc結構有功平衡控制，對mmc結構進行充放電控制與功率流向平衡控制、電壓電流平衡控制、有功平衡控制；基于系統全局電壓均衡控制、相間電壓互補均衡控制、基于儲能子模塊與sm子模塊的相內子模塊平均電壓均衡控制，對mmc結構進行三級電容電壓分層均衡控制。

6、本發明通過功率流向與充放電策略設計、電壓電流平衡方程建模、基于等效占空比的euides-mmc有功平衡控制設計，以及基于系統全局電壓均衡控制、相間電壓互補均衡控制、基于es-sm與sm的相內子模塊平均電壓均衡控制等三級電容電壓分層均衡控制策略設計。euides-mmc結構實現了在mmc同一相的每一時間段內投入運行的n個上下橋臂子模塊串中，都能包含一定數量的儲能級聯子模塊，促使儲能級聯子模塊均勻地分布于單相橋臂全體子模塊的串行逐次投入與切除時序過程中。更加保障了在全工作時段內充分發揮儲能級聯子模塊的性能，有效實現了euides-mmc的功率平衡與電容電壓均衡，同時最大化減少了儲能單元es的配置數量，簡化了儲能型mmc的結構，大幅度節約了工程造價成本，并有利于提高儲能容量的利用率和充放電壽命，具備較高的工程實用性與經濟性。

7、在一種可選的實施方式中，對于每相橋臂，對mmc結構進行電壓電流平衡控制，包括：基于開關函數以及各個子模塊直流側電容電壓，構建上橋臂、下橋臂的電壓方程；利用各個子模塊直流側電容電壓累計值，得到直流側電容電流累計值；基于直流側電容電流累計值為單相橋臂電流與儲能子模塊電流累計值之和的原理，構建橋臂電流方程；基于上橋臂的電壓方程、下橋臂的電壓方程、橋臂電流方程，構建單相儲能型mmc結構的等效電路；基于單相儲能型mmc結構的等效電路，得到單相等效回路的電壓平衡方程；利用單相等效回路的電壓平衡方程，對mmc結構進行電壓電流平衡控制。

8、在一種可選的實施方式中，對于每相橋臂，對mmc結構進行有功平衡控制，包括：根據儲能電源的出口電壓的伏秒平衡以及針對儲能電源的出口電流的安秒平衡，計算儲能子模塊處于充電狀態下的dc-dc電路的等效占空比；根據儲能電源的出口電壓的伏秒平衡以及針對儲能電源的出口電流的安秒平衡，計算儲能子模塊處于放電狀態下的dc-dc電路等效占空比。

9、在一種可選的實施方式中，系統全局電壓均衡控制，包括：針對系統全部相回路的橋臂子模塊的累計值計算得出系統全局平均橋臂電壓；基于系統各相儲能子模塊與sm子模塊累計電壓參考值、各相橋臂電壓實時值，利用pi控制得到各相橋臂電流d軸參考值與q軸參考值；對各相橋臂電流d軸參考值與q軸參考值進行parker反變換，得出各相橋臂電流參考值；基于單相等效回路的電壓平衡方程及各相橋臂電流參考值，計算各相的上橋臂與下橋臂的電壓參考值，各相的上橋臂與下橋臂的電壓參考值用于控制各相子模塊的運行狀態。

10、在一種可選的實施方式中，對于每相橋臂，相間電壓互補均衡控制，包括：利用上橋臂、下橋臂的電壓負序換流分量，計算橋臂回路的直流電流；根據上橋臂、下橋臂的電流參考值及橋臂回路的直流電流，計算上橋臂、下橋臂的電流修正值；對上橋臂、下橋臂的電流修正值進行pi控制，計算得到上橋臂、下橋臂的電壓負序換流分量的參考值；將上橋臂、下橋臂橋臂電壓參考值與上橋臂、下橋臂的電壓負序換流分量的參考值的差值，作為不含有負序換流分量的上橋臂、下橋臂的電壓參考值；不含有負序換流分量的上橋臂、下橋臂的電壓參考值用于控制子模塊的運行狀態。

11、在一種可選的實施方式中，基于儲能子模塊與sm子模塊的相內子模塊平均電壓均衡控制，包括：計算上橋臂、下橋臂中每個子模塊團的總能量；基于上橋臂、下橋臂中每個子模塊團的總能量，計算每個子模塊團中每個子模塊的平均能量；利用每個子模塊團中每個子模塊的平均能量，計算每個子模塊團中每個子模塊的協調均衡電容電壓；控制儲能子模塊的輸出電壓為協調均衡電容電壓。

12、第三方面，本發明提供了一種基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構的控制裝置，包括：第一控制模塊，用于通過功率流向與儲充放電策略設計、電壓電流平衡方程建模、基于等效占空比的儲能型mmc結構有功平衡控制，對mmc結構進行充放電控制與功率流向平衡控制、電壓電流平衡控制、有功平衡控制；第二控制模塊，用于基于系統全局電壓均衡控制、相間電壓互補均衡控制、基于儲能子模塊與sm子模塊的相內子模塊平均電壓均衡控制，對mmc結構進行三級電容電壓分層均衡控制。

13、第四方面，本發明提供了一種計算機設備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執行計算機指令，從而執行上述第二方面或其對應的任一實施方式的基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構的控制方法。

14、第五方面，本發明提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執行上述第二方面或其對應的任一實施方式的基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構的控制方法。

15、第六方面，本發明提供了一種計算機程序產品，包括計算機指令，計算機指令用于使計算機執行上述第二方面或其對應的任一實施方式的基于均勻間隔嵌入的分散式儲能型mmc結構的控制方法。