CN106505642A - 一种交直流解耦控制方法及其在柔性直流输电系统的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，包括在电流内环控制中增加直流电流控制，且直流电路控制包括正极直流电流控制和负极直流电流控制，从而交流电流控制的输出、正极直流电流控制的输出以及负极直流电流控制的输出共同作为MMC各相桥臂的输出电压参考值的主要分量；控制交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的参考值和输出，即可实现对MMC各相桥臂的输出电压参考值的主要分量的控制，进而可实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁。本发明还公开了上述方法在柔性直流输电系统中的应用。本发明的方法可以确保交流电流及直流电流维持在安全范围内，从而实现架空柔性直流输电系统的直流故障穿越。

Description

一种交直流解耦控制方法及其在柔性直流输电系统的应用

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法及其在柔性直流输电系统中的应用。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)技术具有结构模块化、易于扩展等优点，自提出以来，在工业界得到了广泛的应用。截止到目前，世界上所有投运的MMC高压直流输电工程均是采用基于半桥子模块的半桥型MMC技术或者与半桥子模块(Half bridge sub-module,HBSM)同型的级联两电平(Cascaded two level,CTL)技术。但半桥型MMC和CTL都存在不能应对直流故障的问题。在输电线路发生直流故障后，交流系统将通过半桥型MMC和CTL的续流二极管持续给故障点提供故障电流，通常需要换流器所联接的交流断路器从而切除直流故障电流。因此，现有工程大多采用直流电缆进行输电以减少直流故障发生的概率。

随着直流输电技术的进一步发展，柔性直流输电系统的电压、容量等级越来越高，传输距离越来越远，这使得采用架空线远距离传输成为必然趋势。直流架空线路故障率较高，且大都为瞬时性故障，采用开断交流断路器从而切断直流故障电流的方法将大大增大系统中断供电的时间以及恢复供电的时间，危及电力系统的安全稳定运行并因中断供电可能造成重大经济损失与社会问题。

为了应对直流故障问题，一种有效的方法是采用半桥型子模块与全桥型子模块串联而成的混合型MMC。发生直流故障时，通过闭锁混合型MMC的电力电子器件驱动信号从而阻断直流故障电流，防止开断交流断路器。上述闭锁的方法要求混合型MMC中断运行，并且在直流故障阻断后，需要重新启动混合型MMC，其故障隔离时间与恢复供电时间仍然较长。

为了克服上述问题，防止在直流故障期间闭锁混合型MMC，专利文献CN104300569A公开了一种混合型MMC的直流故障穿越控制方法，其特征在于发生直流故障时，实时监测直流侧残余电压值，根据直流电压残余电压值与MMC每相所需要输出的交流电压参考值，计算得到每相中，上、下桥臂全桥子模块等效电压源以及半桥子模块等效电压源的参考电压值。孔明等人发表的学术论文“子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略”(孔明，汤广福,贺之渊.子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略[J].中国电机工程学报,2014,34(30):5343-5351)中提出了一种混合型MMC的直流故障穿越控制策略，其在直流故障期间，将桥臂输出电压参考值的直流分量置零，桥臂输出电压全部由全桥子模块产生，半桥子模块投入的个数置零。

CN104300569A中的方案需要利用监测到的直流侧残余电压值修正每个桥臂的参考电压值，本质上是一种开环控制策略。孔明等人的方案与CN104300569的方案有类似之处，区别在于不实时监测直流侧残余电压值，而是人为地设置直流侧残余电压值为零，该两类方法的缺陷在于无法对直流电流和子模块电容电压形成闭环控制，从而存在发生过电流或子模块电容过电压的安全隐患，实际上由上述论文的图12可知，直流故障期间，直流电流值由稳态的1.6kA上升至故障瞬间8kA左右，直流过电流倍数高达5倍，将对换流器的安全运行造成威胁。另外，上述现有技术方案并未针对伪双极柔性直流输电系统(或称为对称单极性柔性直流输电系统)的极对地直流故障提出有效的故障穿越方案，使得伪双极柔性直流输电系统的运行仍然存在故障隔离时间与恢复供电时间较长的缺陷。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于伪双极型架空柔性直流输电系统的控制方法，其目的在于重新设计现有伪双极型模块化多电平换流器的控制架构，使得正常运行以及直流故障期间，可以确保交流电流及直流电流维持在安全范围内，从而实现架空柔性直流输电系统的直流故障穿越。

为实现本发明的上述目的，采用的具体技术方案如下：

一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，用于实现部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器在交流故障和/或直流故障下的不间断运行，其特征在于，该控制方法包括

在电流内环控制中增加直流电流控制，且所述直流电路控制包括正极直流电流控制和负极直流电流控制，使得所述电流内环控制包括交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流控制，从而使得所述交流电流控制的输出、正极直流电流控制的输出以及负极直流电流控制的输出共同作为所述模块化多电平换流器各相桥臂的输出电压参考值的主要分量；

控制所述交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的参考值，同时控制所述交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的输出，即可实现对所述模块化多电平换流器各相桥臂的输出电压参考值的主要分量的控制，进而可实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁。

作为本发明的进一步优选，所述交流电流控制的参考值即电流指令值由一个外环控制器产生，该外环控制器用于控制表征模块化多电平换流器电容所存储能量的物理量。

作为本发明的进一步优选，所述模块化多电平换流器电容所存储能量的物理量包括但不限于为换流器所有子模块电容的储能总和，换流器所有子模块电容电压平均值、换流器所有可输出负电平的子模块电容电压平均值或换流器所有可输出负电平的子模块所存储能量之和。

作为本发明的进一步优选，所述正极直流电流控制器及负极直流电流控制器的直流参考值即电流指令值均由与直流功率相关的外环控制器产生，优选是直流功率控制、直流电压控制或下垂控制。

作为本发明的进一步优选，所述交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的输出分别为换流器交流输出电压参考值、正极直流电压参考值和负极直流电压参考值，其中，

各相上桥臂输出电压参考值的主要分量为正极直流电压参考值与各相交流输出电压参考值之差，各相下桥臂输出电压参考值的主要分量为负极直流电压参考值与各相交流输出电压参考值之和。

作为本发明的进一步优选，在发生直流故障时，通过将所述正极直流电流控制和/或负极直流控制的输出快速减少实现对所述主要分量的控制，进而实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁

作为本发明的进一步优选，将所述正极直流电流控制和/或负极直流电流控制的输出快速减少具体为：将对应的正极直流电流控制或负极直流电流控制的积分器清零，或设置为直流调制比的下限，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流调制比，从而减小直流故障电流。

作为本发明的进一步优选，监测到发生直流故障后，通过将所述交流电流控制的指令值的绝对值快速减少实现减小交流电流，防止交流侧以直流故障前的交流指令值给模块化多电平换流器的桥臂充/放电，导致模块化多电平换流器的子模块电容持续过压/欠压。

作为本发明的进一步优选，将所述交流电流控制的指令值快速减小具体为：将子模块平均电容电压控制器的积分器清零，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流故障发生后交流有功电流指令值。

作为本发明的进一步优选，仅正极发生直流故障时，所述正极直流电流控制的直流电流参考值即指令值设置为与负极直流电流控制的直流电流指令值或者实测的负极直流电流值相等；仅负极发生直流控制时，所述负极直流电流控制的直流电流参考值即指令值设置为与正极直流电流控制的直流电流指令值或者实测的正极直流电流相等。

作为本发明的进一步优选，发生极对极直流故障或者同时发生正极接地直流故障与负极接地直流故障时，将正极直流电流控制与负极直流电流控制的直流电流指令值仍保持为由各自所联接的外环控制器产生。

作为本发明的进一步优选，发生极对极直流故障或者同时发生正极接地直流故障与负极接地直流故障时，所述正极直流电流控制与负极直流电流控制的直流电流指令值设置为从直流线路侧吸收直流电流，从而快速熄灭故障电弧。

作为本发明的进一步优选，故障极发生永久型极对地直流故障时，闭合故障极直流出口处的接地开关，由接地开关与大地为非故障极提供故障电流通路，从而使得故障极线路不带电，方便检修故障极，而非故障极仍保持运行。

作为本发明的进一步优选，所述交流电流控制为基于旋转坐标下的解耦控制，共包含有功电流控制和无功电流控制两个控制通道。

作为本发明的进一步优选，桥臂输出电压参考值还包含环流抑制控制输出参考电压取反后的量，其与所述主要分量共同作为所述桥臂输出电压的参考值。

作为本发明的进一步优选，所述环流抑制控制器包括正极环流抑制控制器和负极环流抑制控制器，其中，

所述正极环流抑制控制器的环流计算方法为

所述负极环流抑制控制器的环流计算方法为

其中i_diffpj,i_diffnj分别为第j相上桥臂和下桥臂的环流，i_upj,i_dnj分别为j相上桥臂与下桥臂实测电流值，i_{j_ref}为第j相的交流电流指令值，与分别为实测正极直流输电线路对地的直流电压及实测地对负极直流输电线路的电压或者为或者所述的正极直流电压参考值和负极直流电压参考值，且设定整流方向为交流电流正方向，直流正极向直流负极流通电流为桥臂电流正方向。

作为本发明的进一步优选，还可通过增大模块化多电平换流器(MMC)直流侧的电感值以减小直流故障电流。

按照本发明的另一方面，提供一种上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用，其中，所述柔性直流输电系统的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器，所述部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器均采用所述的交直流解耦控制方法进行控制。

作为本发明的进一步优选，所述柔性直流输电系统为伪双极型架空柔性直流输电系统。

作为本发明的进一步优选，所述柔性直流输电系统为以架空直流输电线路、直流电缆、或直流电缆与架空直流输电线路混合作为输电媒介的直流输电系统。

按照本发明的另一方面，提供一种上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用，其中，监测到发生永久性单极接地故障后，投入故障极的接地刀闸，形成对故障极的电气隔离，并由接地刀闸与大地构成回路为非故障极提供直流电流通路

总体而言，本发明的控制方法相比与现有技术，具有如下技术效果：

(1)本发明的方案重新设计了MMC的电流内环控制器的架构同时包含了交流有功电流控制，交流无功电流控制，正极直流电流控制与负极直流电流控制四个控制回路，从而确保发生直流极对极以及直流极对地故障时，直流电流处于受控状态，避免电力电子器件在直流故障期间因过电流而损毁；

(2)本发明的方案在正常运行及直流故障时，控制逻辑一致，只需更改直流电流的指令值，无需进行逻辑切换，方案实施起来更为简单，也更为可靠。

(3)现有的控制器应用于伪双极系统极对地故障时，会在交流侧产生交流电压偏置或直流电压偏置，威胁设备安全，本发明提供的控制器稳态时交流侧无直流偏置电压，设备运行安全性大大提升。

(4)现有控制器发生极对地故障时，需要中断非故障极的功率传输，本控制器发生极对地故障时，非故障极仍能维持功率传输，从而减少了经济损失，提高了电力系统运行安全稳定性。

附图说明

图1是现有技术中的一种典型的全桥型模块化多电平换流器拓扑；

图2是现有技术中的一种典型的交叉级联型模块化多电平换流器拓扑；

图3是由全桥型子模块半桥型子模块构成的混合型MMC拓扑；

图4是由交叉级联型子模块半桥型子模块构成的混合型MMC拓扑；

图5是按照本发明一个实施例提供的模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法的结构原理图；

图6是按照本发明一个实施例提供的环流抑制控制器的原理示意图；

图7是现有的模块化多电平换流器典型控制拓扑；

图8是由适用于本发明的交直流解耦控制方法的半桥全桥混合型MMC构成的两端直流输电系统；

图9是本发明实施例的交直流解耦控制方法进行正极对地永久性直流故障仿真结果示意图；

图10是本发明实施例的交直流解耦控制方法进行正极对地瞬时性直流故障仿真结果示意图；

图11是本发明实施例的交直流解耦控制方法进行极对极永久性直流故障仿真结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1～图4为现有技术中典型的可适用于本发明所提出的控制方法的MMC拓扑。如图1～4所示，其中图1为全桥型MMC，每个桥臂均由多个全桥子模块串联而成。图2为由交叉级联型子模块构成的MMC拓扑，图2每个桥臂均由多个交叉级联型子模块串联而成。图3为由全桥子模块与半桥子模块构成的混合型MMC拓扑，其每个桥臂均由多个半桥子模块与多个全桥子模块串联而成。图4为由交叉级联型子模块与半桥子模块构成的混合型MMC拓扑，其每个桥臂均由多个半桥子模块与多个交叉级联子模块串联而成。上述MMC拓扑其共同特征在于每个桥臂均包含了能输出负电压的子模块(如全桥子模块和交叉级联型子模块)，本发明的控制方法适用于各种已公知的，桥臂具备输出持续负电压能力的MMC拓扑。桥臂具备输出持续负电压能力的MMC一般应用于架空柔性直流输电系统，但本发明的控制方法不限于此，例如同样适用于采用直流电缆或直流电缆与直流架空线混联线路的柔性直流输电系统。

本发明各实施例中所涉及的各主要变量或缩写的物理意义列于下表1中。

表1本发明实施例所涉及的主要变量、缩写物理意义

图5为本发明一个实施例的控制方法的控制原理框架示意图，如图5所示，本实施例中，其内环电流控制由交流电流控制、直流电流控制与环流抑制控制构成。常规的MMC控制其内环电流控制仅包含交流电流控制与环流抑制控制，本发明实施例中在内环电流控制中增加直流电流控制。根据MMC基本理论，当桥臂环流被充分抑制时，桥臂电流的表达式为iarm＝idc/3+iac/2，其中iarm、idc、iac分别代表桥臂电流、直流电流、以及MMC各相交流电流，当直流电流与交流电流同时受控时，桥臂电流将被控制在安全范围内，从而确保任何工况下，MMC均不会因为桥臂过电流而闭锁。

如图5所示，本实施例中的交流电流控制可进一步地由有功电流控制与无功电流控制构成，而直流电流控制也进一步地由正极直流电流控制与负极直流电流控制构成。

如图5所示，本实施例中的交流有功电流指令值由交流有功外环控制器产生，该外环控制器用于控制子模块电容电压平均值。子模块电容电压平均值可以由所有子模块电容电压值之和相加后除以子模块总个数而得。由于直流故障穿越期间，主要投入具备输出直流负压的子模块，为提高控制器的响应速度，子模块电容电压平均值也可以是所有具备输出直流负压能力的子模块的电容电压的平均值。所述交流有功电流指令值也可以由控制MMC存储的总能量的外环控制器产生。

如图5所示，本实施例的直流电流指令值包括正极直流电流指令值和负极直流电流指令值两项，从而独立地控制正极直流电流值和负极直流电流值。正常运行时，各直流电流指令值可以由直流功率外环或直流电压外环产生。发生极对地故障时，故障极的直流电流指令值则设置为非故障极的直流电流指令值，或者设置为非故障极的直流电流实测值，使得故障极的直流电流与非故障极的直流电流相等。例如，正极发生直流故障时，将正极控制标志位Fp置III，使得正极直流电流指令值与负极直流电流指令值相等，从而为负极直流电流提供电流通路，防止接地设备流过直流电流而危及设备额安全。

图5中底层控制包括调制与子模块电容电压均压控制，可以采用本领域成熟技术，在此不再赘述。

正常运行以及直流故障期间，本发明实施例的交流电流控制与直流电流控制均为相同的控制器，无需切换控制逻辑，避免了控制逻辑切换给系统带来的扰动，大大提高了系统运行的安全性。直流故障期间，交流外环控制保持不变，可维持MMC子模块储能恒定并与交流系统交换无功功率。

极对地故障穿越期间，到达稳态时，故障极与非故障极的直流电压不同但其流过的直流电流相同，因而故障极与非故障极在直流故障期间输出的直流功率与各自的直流电压成正比。由于故障极与非故障极的交流侧电压相同，为了维持上、下桥臂交流侧与直流侧的功率平衡，极对地故障期间，交流电流也应按正极与负极的直流电压在上、下桥臂间分配。

为此，图6所示实施例中披露了本发明所采用的桥臂环流计算方法(即桥臂环流预估器)，其中上、下桥臂的环流值均由实测的桥臂电流值减去将流过该桥臂的基频交流电流的指令值而得，其中流过上、下桥臂的基频交流电流指令值为MMC交流电流指令值按上、下桥臂的直流电压参考值或上、下桥臂实测直流电压的大小，在上、下桥臂间均分而得。

本实施例中优选规定整流方向为交流电流正方向以及直流正极向直流负极流通电流为桥臂电流正方向，则正极环流抑制控制器的环流计算方法为：

负极环流抑制控制器的环流计算方法为：

其中i_diffpj,i_diffnj分别为第j相上桥臂极下桥臂的环流，i_upj,i_dnj分别为上桥臂与下桥臂实测电流值，i_{j_ref}为第j相的交流电流指令值，与分别为实测正极直流输电线路对地的直流电压及实测地对负极直流输电线路的电压。当规定的交流电流正方向及直流电流正方向与优选规定相反时，上述式(1)，(2)与_upj,i,_{j_ref}对应的正、负号会做相应调整，如何调整对应的正、负号系公知知识。

在一个优选实施例中，为了进一步减小直流故障电流，可以在监测到直流故障后，将直流电流内环控制的积分器清零，或设置为直流调制比的下限，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流调制比。

在一个优选实施例中，为了减小子模块电容电压在直流故障期间的充、放电，可以在监测到直流故障后，将子模块平均电容电压控制器的积分器清零，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流故障发生后，交流有功电流指令值，减小交流侧对模块化多电平换流器子模块电容的充/放电效果。

直流电流控制器存在一定的响应延迟，在直流故障发生至直流电流控制器开始起作用的时间间隔内，直流故障电流将不断增大，为了减小此段时间内的直流故障电流，在一个优选实施例中，通过增大直流限流电感值来减小直流故障电流。

图7给出了部分子模块具备负电压输出能力的模块化多电平换流器(例如图3所示的由半桥和全桥子模块构成的混合型MMC)已知的典型控制器。对比图5和图7可知，本发明的各实施例的方案中多了直流电流控制器，并且直流电流控制器进一步地细分为正极直流电流控制器和负极直流电流控制器。为了分开控制正极直流电流和负极直流电流，故而进一步设计了图6的环流抑制控制器。另外，在图5中，交流有功电流的指令值由子模块平均电容电压控制器产生。

图8是用于仿真测试本发明各实施例的控制方法的有效性示意图。图8中MMC1、MMC2的额定直流电压及额定功率均为±320kV及1000MW，MMC1与MMC2的每个桥臂均由100个全桥子模块与100个半桥子模块串联而成，每个子模块的额定电压均取为3.2kV，每个子模块的子模块电容均为5mF。正常运行时，MMC1用于控制MMC1的直流端口电压，MMC2用于控制MMC2传输的有功功率。

图9为正极发生永久性直流故障的仿真结果示意图。仿真中，设置的扰动为，2.0s时，MMC1的正极直流母线发生永久性接地故障。图9(a)为MMC1的正极对地直流电压以及地对负极直流电压，可知，由于永久性正极对地直流故障，正极直流电压降为零，负极直流电压的稳态值仍维持在1.0pu(pu即单位“标幺”的缩写)。图9(b)为MMC1的直流功率，可知采用本发明的控制器后，非故障极能维持运行，故而发生永久性单极对地故障后，柔性直流输电系统仍能保持50％的功率传输能力。

图10为正极发生瞬时性极对地故障的仿真结果图。2s时MMC1正极直流母线出口发生瞬时性单极接地故障，0.1s后该故障自动清除。图10(a)为正极直流电压参考值与实测值，可知所设计的控制器可以使得正极直流电压跟踪其指令值。图10(b)为地对负极的直流电压参考值与实测值。

图10(c)为正极直流电流的参考值与实测值示意图，图10(d)为负极直流电流的参考值与实测值。图10(c)-(d)表明本发明的控制方法可以使得正极直流电流和负极直流电流跟踪各自的指令值从而确保直流故障时不发生直流过电流。图10(e)为d轴交流电流的参考值与实测值。图10(f)为q轴交流电流的参考值与实测值。图10(e)-(f)表明本发明的控制方法可以精确控制交流电流。综合图10(c)-(f)，由于本发明的控制方法同时控制了交流电流和直流电流，为此直流故障期间，桥臂电流将被严格限制在安全范围内，如图10(g)-(h)所示。图10(g)为MMC1各相上桥臂的桥臂电流，图10(h)为MMC1各相下桥臂的桥臂电流。可知，正常运行时，桥臂电流的峰值约为1.6kA，发生直流故障时，桥臂电流的峰值约为2.4kA，桥臂电流仅发生持续时间在毫秒时间尺度的50％过电流，不会导致换流器闭锁。

图10(i)为MMC1交流变压器接地点的电流，可知，接地电流很小，不会危及交流变压器的运行。图10(j)为子模块电容电压平均值的参考值与实测值，可知直流故障期间与故障恢复后，子模块电容电压平均值被控制在额定值附近，本发明的控制方法可以确保直流故障期间，MMC的子模块不发生过电压。

图11(a)-(j)为极对极永久性故障的仿真结果。2s时MMC2的正极直流母线出口发生永久性正极对负极短接直流故障。图11各子图的物理意义与图10一致。图11表明本发明的控制方法也可以确保极对极直流故障时，架空柔性直流输电系统的安全运行。

本发明的上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用的一个具体方案中，所述柔性直流输电系统的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器，所述部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器均采用权利要求1至17任一项所述的控制方法进行控制。

优选地，柔性直流输电系统为伪双极型架空柔性直流输电系统，也可以是其他的为以架空直流输电线路、直流电缆、或直流电缆与架空直流输电线路混合作为输电媒介的直流输电系统。

本发明的上述模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用的一个具体方案中，监测到发生永久性单极接地故障后，投入故障极的接地刀闸，形成对故障极的电气隔离，并由接地刀闸与大地构成回路为非故障极提供直流电流通路。采用本发明的上述控制方法，并且投入接地刀闸，就可以保证非故障极能持续运行，并且通过接地刀闸使得故障线路不带电，即可实现故障线路检修。

以上所述仅为本领域的技术人员容易理解的本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，用于实现部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器在交流故障和/或直流故障下的不间断运行，其特征在于，该控制方法包括

在电流内环控制中增加直流电流控制，且所述直流电路控制包括正极直流电流控制和负极直流电流控制，使得所述电流内环控制包括交流电流控制、正极直流电路控制和负极直流控制，从而使得所述交流电流控制的输出、正极直流电流控制的输出以及负极直流电流控制的输出共同作为所述模块化多电平换流器各相桥臂的输出电压参考值的主要分量；

控制所述交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的参考值，同时控制所述交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的输出，即可实现对所述模块化多电平换流器各相桥臂的输出电压参考值的主要分量的控制，进而可实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁。

2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，所述交流电流控制的参考值包含交流有功电流参考值和交流无功电流参考值两个分量，其中交流有功电流参考值由一个外环控制器产生，该外环控制器用于控制表征模块化多电平换流器电容所存储能量的物理量。

3.根据权利要求2所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，所述模块化多电平换流器电容所存储能量的物理量包括但不限于为换流器所有子模块电容的储能总和，换流器所有子模块电容电压平均值、换流器所有可输出负电平的子模块电容电压平均值或换流器所有可输出负电平的子模块电所存储能量总和。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，所述正极直流电流控制器及负极直流电流控制器的直流参考值即电流指令值均由与直流功率相关的外环控制器产生，优选是直流功率控制、直流电压控制或下垂控制。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，所述交流电流控制、正极直流电流控制和负极直流电流控制的输出分别为换流器交流输出电压参考值、正极直流电压参考值和负极直流电压参考值，其中，

各相上桥臂输出电压参考值的主要分量为正极直流电压参考值与各相交流输出电压参考值之差，各相下桥臂输出电压参考值的主要分量为负极直流电压参考值与各相交流输出电压参考值之和。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，在发生直流故障时，通过将所述正极直流电流控制和/或负极直流控制的输出快速减少实现对所述主要分量的控制，进而实现防止直流故障时换流器因桥臂过电流而闭锁

7.根据权利要求6所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，将所述正极直流电流控制和/或负极直流电流控制的输出快速减少具体为：将对应的正极直流电流控制或负极直流电流控制的积分器清零，或设置为直流调制比的下限，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流调制比，从而减小直流故障电流。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，监测到发生直流故障后，通过将所述交流电流控制的指令值快速减少实现对所述主要分量的控制，进而实现防止交流侧给桥臂充/放电，引起子模块电容电压过电压/欠电压。

9.根据权利要求8所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，将所述交流电流控制的输出快速减少具体为：将子模块平均电容电压控制器的积分器清零，从而使得积分器在新的初始值下开始积分，减小直流故障发生后交流有功电流指令值。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，仅正极发生直流故障时，所述正极直流电流控制的直流电流参考值即指令值设置为与负极直流电流控制的直流电流指令值或者实测的负极直流电流值相等；仅负极发生直流控制时，所述负极直流电流控制的直流电流参考值即指令值设置为与正极直流电流控制的直流电流指令值或者实测的正极直流电流相等。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，发生极对极直流故障或者同时发生正极接地直流故障与负极接地直流故障时，将正极直流电流控制与负极直流电流控制的直流电流指令值仍保持为由各自所所联接的外环控制器产生。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，发生极对极直流故障或者同时发生正极接地直流故障与负极接地直流故障时，所述正极直流电流控制与负极直流电流控制的直流电流指令值设置为从直流线路侧吸收直流电流，从而快速熄灭故障电弧。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，故障极发生永久型极对地直流故障时，闭合故障极直流出口处的接地开关，由接地开关与大地为非故障极提供故障电流通路。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，所述交流电流控制为基于旋转坐标下的解耦控制，共包含有功电流控制和无功电流控制两个控制通道。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，桥臂输出电压参考值还包含环流抑制控制输出参考电压取反后的量，其与所述主要分量共同作为所述桥臂输出电压的参考值。

16.根据权利要求15所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，所述环流抑制控制器包括正极环流抑制控制器和负极环流抑制控制器，其中，

所述正极环流抑制控制器的环流计算方法为

$i_{diffpj}=i_{upj}+i_{j\_ref}\frac{v_{dc}^p}{v_{dc}^p+v_{dc}^n},$

所述负极环流抑制控制器的环流计算方法为

$i_{diffnj}=i_{dnj}-i_{j\_ref}\frac{v_{dc}^n}{v_{dc}^p+v_{dc}^n},$

其中i_diffpj,i_diffnj分别为第j相上桥臂和下桥臂的环流，i_upj,i_dnj分别为第j相上桥臂与下桥臂实测电流值，i_{j_ref}为第j相的交流电流指令值，与分别为实测正极直流输电线路对地的直流电压及实测地对负极直流输电线路的电压或者所述的正极直流电压参考值和负极直流电压参考值，且设定整流方向为交流电流正方向，直流正极向直流负极流通电流为桥臂电流正方向。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的一种模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法，其中，还可通过增大模块化多电平换流器直流侧的电感值以减小直流故障电流。

18.权利要求1至17中任一项所述的模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用，其中，所述柔性直流输电系统的换流站包括部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器，所述部分子模块具备输出负电压能力的模块化多电平换流器均采用权利要求1至17任一项所述的控制方法进行控制。

19.根据权利要求18中所述的应用，其中，所述柔性直流输电系统为伪双极型架空柔性直流输电系统。

20.根据权利其18或19所述的应用，其中，所述柔性直流输电系统为以架空直流输电线路、直流电缆、或直流电缆与架空直流输电线路混合作为输电媒介的直流输电系统。

21.权利要求1至17中任一项所述的模块化多电平换流器的交直流解耦控制方法在柔性直流输电系统中的应用，其中，监测到发生永久性单极接地故障后，投入故障极的接地刀闸，形成对故障极的电气隔离，并由接地刀闸与大地构成回路为非故障极提供直流电流通路。