基于最近电平逼近的均压调制方法和均压调制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于最近电平逼近的均压调制方法，包括：预设电压限值ΔU和调整因子h，若U

【技术实现步骤摘要】
基于最近电平逼近的均压调制方法和均压调制装置
本专利技术涉及柔性输变电
，具体涉及一种基于最近电平逼近的均压调制方法，以及一种基于最近电平逼近的均压调制装置。
技术介绍
与传统电压源换流器相比，模块化多电平换流器(ModularMultileverConverter，MMC)具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，在高压应用领域优势明显，尤其适用于直流输电应用场合。基于MMC的柔性直流输电技术广泛应用于新能源送出、城市扩容、区域电网互联，以及孤岛供电等领域，相比于传统直流输电技术，柔性直流输电技术的优势逐渐凸显。国内已经开展了多项柔性直流输电示范工程，越来越多的输电工程采用基于MMC的柔性直流输电技术，推动着柔性直流输电技术的发展。在基于MMC的柔性直流输电系统中，阀级控制是一项非常关键的技术，对于换流阀中桥臂模块数较多的系统多采用最近电平逼近(NLM)方法进行调制。具体为，通过调节各相子模块的投切，使输出的由不同数量子模块的电压之和组成的阶梯波形逼近预设的参考电压波形。对MMC而言，直流侧储能是由多个子模块电容电压串联维持的，当能量变化时，电容电压必然会存在一定程度的波动；另外，同一个桥臂中的子模块电容的损耗、容值的大小不同等因素也会使各个子模块的电容电压不平衡，影响MMC的正常运行。因此必须对各个子模块电容电压进行均衡控制，以保证系统的稳定运行。然而，在传统的均压控制策略中，需不断地根据排序后的电容电压以及桥臂电流方向来确定各子模块的投切状况，即使子模块电容电压变化不大，也可能会频繁投切转换，导致各桥臂中IGBT的开关次数多，开关损耗大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种在满足均压要求的前提下，减少功率器件的开关次数、降低开关损耗的基于最近电平逼近的均压调制方法和均压调制装置。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种基于最近电平逼近的均压调制方法，其包括如下步骤：实时采集各个控制周期内各桥臂中所有子模块的电容电压值和投切状态信息，以及各桥臂电流iarm的方向信息；获取本次控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k)和上个控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k-1)，其中k为大于1的整数；计算本次控制周期内各桥臂中子模块电容电压最大值Umax和电容电压最小值Umin，以及二者之差；预设电压限值ΔU和调整因子h，若Umax-Umin<ΔU，则在本次控制周期内根据Non(k)、Non(k-1)和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中子模块的投切以均压降频；若Umax-Umin≥ΔU，则根据各桥臂中子模块电容电压最小值Umin、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向分别获取各桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1，以及根据各桥臂中子模块电容电压最大值Umax、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向分别获取各桥臂对应的第二附加调整模块数NBAN2，然后在本次控制周期内根据NBAN1、NBAN2、Non(k)和Non(k-1)控制各桥臂中子模块的投切以均压降频。本专利技术还提供一种基于最近电平逼近的均压调制装置，其包括：采集单元，用于采集各个控制周期内各桥臂中所有子模块的电容电压值和投切状态信息，以及各桥臂电流iarm的方向信息；获取单元，用于获取本次控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k)和上个控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k-1)，其中k为大于1的整数；计算单元，用于计算本次控制周期内各桥臂中子模块电容电压最大值Umax和电容电压最小值Umin，以及二者之差；控制单元，其内预设有电压限值ΔU和调整因子h，用于在Umax-Umin<ΔU时，在本次控制周期内根据Non(k)、Non(k-1)和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中子模块的投切以均压降频；以及在Umax-Umin≥ΔU时，根据各桥臂中子模块电容电压最小值Umin、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向分别获取各桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1，以及根据各桥臂中子模块电容电压最大值Umax、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向分别获取各桥臂对应的第二附加调整模块数NBAN2，然后在本次控制周期内根据NBAN1、NBAN2、Non(k)和Non(k-1)控制各桥臂中子模块的投切以均压降频。有益效果：本专利技术所述基于最近电平逼近的均压调制方法和均压调制装置应用于柔性直流输电系统的MMC中时，通过对本次控制周期内各桥臂中子模块的电容电压最大值Umax和电容电压最小值Umin之差与预设的电压限值ΔU进行比较，对于Umax-Umin<ΔU的情况，根据本次控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k)、上个控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k-1)和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中子模块的投切以均压降频；对于Umax-Umin≥ΔU的情况，根据各桥臂中所有子模块的电容电压最小值Umin和电容电压最大值Umax、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向获取各桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1和第二附加调整模块数NBAN2，再根据NBAN1、NBAN2、Non(k)和Non(k-1)控制各桥臂中子模块的投切以均压降频，从而既保证了子模块电容电压控制在限值附近，又最大限度的降低了子模块的平均开关频率。附图说明图1为本专利技术所应用的柔性直流输电系统中MMC的拓扑图；图2为本专利技术实施例1提供的一种基于最近电平逼近的均压调制方法的流程图；图3为本专利技术实施例1提供的又一种基于最近电平逼近的均压调制方法的流程图；图4为本专利技术实施例2提供的基于最近电平逼近的均压调制装置的示意图；图5为图4中控制单元的部分结构示意图；图6为图4中控制单元的另一部分结构示意图；图7为本专利技术提供的经PSCAD仿真得出的A相上桥臂中各子模块电容电压的波形图。图中：SM－子模块；100－采集单元；200－获取单元；300－计算单元；400－控制单元；401－第一计算模块；402－第一排序模块；403－保持模块；404－第二排序模块；405－第一投切模块；406－第二投切模块；407－第三排序模块；408－第一获取模块；409－第二获取模块；410－第二计算模块；411－第三获取模块；412－第一修正模块；413－第二修正模块；414－第三投切模块；415－第四投切模块；416－第四排序模块；417－第五排序模块。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术所述均压调制方法和均压调制装置可应用于柔性直流输电系统，其中MMC(模块化多电平换流器)的拓扑结构详见图1。如图1所示，MMC包括三个相单元，分别为A相单元、B相单元和C相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，共计6个桥臂。每个桥臂的结构相同，均包括依次串联的电抗器和N个子模块SM。每个相单元的子模块的数量是由系统设计之初通过直流母线电压、电子器件耐压等级以及子模块的类型等因素共同决定的。本实施例中，每个相单元的子模块的数量2N＝Udc/USM，其中Udc是正负直流母线之间的电压，USM是每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最近电平逼近的均压调制方法，其特征在于，包括如下步骤：实时采集各个控制周期内各桥臂中所有子模块的电容电压值和投切状态信息，以及各桥臂电流i

【技术特征摘要】
1.一种基于最近电平逼近的均压调制方法，其特征在于，包括如下步骤：实时采集各个控制周期内各桥臂中所有子模块的电容电压值和投切状态信息，以及各桥臂电流iarm的方向信息；获取本次控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k)和上个控制周期内各桥臂中子模块的导通数Non(k-1)，其中k为大于1的整数；计算本次控制周期内各桥臂中子模块电容电压最大值Umax和电容电压最小值Umin，以及二者之差；预设电压限值ΔU和调整因子h，若Umax-Umin<ΔU，则在本次控制周期内根据Non(k)、Non(k-1)和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中子模块的投切以均压降频；若Umax-Umin≥ΔU，则根据各桥臂中子模块电容电压最小值Umin、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向分别获取各桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1，以及根据各桥臂中子模块电容电压最大值Umax、电压限值ΔU、调整因子h和各桥臂电流iarm的方向分别获取各桥臂对应的第二附加调整模块数NBAN2，然后在本次控制周期内根据NBAN1、NBAN2、Non(k)和Non(k-1)控制各桥臂中子模块的投切以均压降频。2.根据权利要求1所述的均压调制方法，其特征在于，所述在本次控制周期内根据Non(k)、Non(k-1)和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中子模块的投切的步骤包括：计算各桥臂本次控制周期与上次控制周期投入子模块的数量之差Ndiff＝Non(k)-Non(k-1)；若Ndiff>0，则对本次控制周期内各桥臂中已经切除的子模块的电容电压分别进行排序，再根据排序结果和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中已经切除的子模块的投切；若Ndiff＝0，则使本次控制周期内各桥臂中各子模块的投切状态与上次控制周期保持相同；若Ndiff<0，则对本次控制周期内各桥臂中已经投入的子模块的电容电压分别进行排序，再根据排序结果和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中已经投入的子模块的投切。3.根据权利要求2所述的均压调制方法，其特征在于，所述根据排序结果和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中已经切除的子模块的投切的步骤包括：若桥臂电流iarm的方向为正，则投入该桥臂中已经切除的子模块中电容电压最小的Ndiff个子模块；若桥臂电流iarm的方向为负，则投入该桥臂中已经切除的子模块中电容电压最大的Ndiff个子模块；所述根据排序结果和各桥臂电流iarm的方向控制各桥臂中已经投入的子模块的投切的步骤包括：若桥臂电流iarm的方向为正，则切除该桥臂中已经投入的子模块中电容电压最大的Ndiff个子模块；若桥臂电流iarm的方向为负，则切除该桥臂中已经投入的子模块中电容电压最小的Ndiff个子模块。4.根据权利要求1所述的均压调制方法，其特征在于，所述获取第一附加调整模块数NBAN1的步骤包括：对本次控制周期内各桥臂中所有子模块的电容电压分别进行排序；若桥臂电流iarm的方向为正，则获取该桥臂中电容电压值不小于(Umin+h*ΔU)的子模块的数量，该数量即为该桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1；所述获取第二附加调整模块数NBAN2的步骤包括：对本次控制周期内各桥臂中所有子模块的电容电压分别进行排序；若桥臂电流iarm的方向为负，则获取该桥臂中电容电压值不大于(Umax-h*ΔU)的子模块的数量，该数量即为该桥臂对应的第二附加调整模块数NBAN2。5.根据权利要求1-4中任一项所述的均压调制方法，其特征在于，所述在本次控制周期内根据NBAN1、NBAN2、Non(k)和Non(k-1)控制各桥臂中子模块的投切的步骤包括：计算各桥臂本次控制周期与上次控制周期投入子模块的数量之差Ndiff＝Non(k)-Non(k-1)；获取本次控制周期内各桥臂中子模块的切除数Noff(k)；根据Ndiff、Non(k)和Noff(k)修正NBAN1以得到N'BAN1，以及根据Ndiff、Non(k)和Noff(k)修正NBAN2以得到N'BAN2；根据修正后的N'BAN1和N'BAN2控制各桥臂中子模块的投切。6.根据权利要求5所述的均压调制方法，其特征在于，所述根据Ndiff、Non(k)和Noff(k)修正NBAN1以得到N'BAN1的步骤包括：若Ndiff＝0，则N'BAN1＝Min(NBAN1,Non(k),Noff(k))；若Ndiff>0，则N'BAN1＝Min(NBAN1,Non(k),Noff(k)-Ndiff)；若Ndiff<0，则N'BAN1＝Min(NBAN1,Non(k)+Ndiff,Noff(k))；所述根据Ndiff、Non(k)和Noff(k)修正NBAN2以得到N'BAN2的步骤包括：若Ndiff＝0，则N'BAN2＝Min(NBAN2,Non(k),Noff(k))；若Ndiff>0，则N'BAN2＝Min(NBAN2,Non(k),Noff(k)-Ndiff)；若Ndiff<0，则N'BAN2＝Min(NBAN2,Non(k)+Ndiff,Noff(k))；所述根据修正后的N'BAN1和N'BAN2控制各桥臂中子模块的投切的步骤包括：对本次控制周期内各桥臂中已经切除的子模块的电容电压分别进行排序，以获取各桥臂对应的切除状态子模块排序列表；对本次控制周期内各桥臂中已经投入的子模块的电容电压分别进行排序，以获取各桥臂对应的投入状态子模块排序列表；若N'BAN1＝Min(NBAN1,Non(k),Noff(k))，则在切除状态子模块排序列表中选择电压最小的N'BAN1个子模块投入，以及在投入状态子模块排序列表中选择电压最大的N'BAN1个子模块切除；若N'BAN1＝Min(NBAN1,Non(k),Noff(k)-Ndiff)，则在切除状态子模块排序列表中选择电压最小的(N'BAN1+Ndiff)个子模块投入，以及在投入状态子模块排序列表中选择电压最大的N'BAN1个子模块切除；若N'BAN1＝Min(NBAN1,Non(k)+Ndiff,Noff(k))，则在切除状态子模块排序列表中选择电压最小的N'BAN1个子模块投入，以及在投入状态子模块排序列表中选择电压最大的(N'BAN1-Ndiff)个子模块切除；若N'BAN2＝Min(NBAN2,Non(k),Noff(k))，则在切除状态子模块排序列表中选择电压最大的N'BAN2个子模块投入，以及在投入状态子模块排序列表中选择电压最小的N'BAN2个子模块切除；若N'BAN2＝Min(NBAN2,Non(k),Noff(k)-Ndiff)，则在切除状态子模块排序列表中选择电压最大的(N'BAN2+Ndiff)个子模块投入，以及在投入状态子模块排序列表中选择电压最小的N'BAN2个子模块切除；若N'BAN2＝Min(NBAN2,Non(k)+Ndiff,Noff(k))，则在切除状态子模块排序列表中选择电压最大的N'BAN2个子模块投入，以及在投入状态子模...

【专利技术属性】
技术研发人员：于向恩，刘韬，郝翔，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65