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最近电平逼近的均压调制方法，包括：预设子模块不均衡度h，若桥臂电流i

【技术实现步骤摘要】
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
，具体涉及一种最近电平逼近的均压调制方法，以及一种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。MMC中包含大量的功率器件，而对于大量功率器件的控制是本领域的技术难点之一。MMC的调制主要包含两个功能：一、通过子模块的投入与切除，依据参考电压生成影响电压的波形；二、利用子模块的充/放电特性完成模块电压的均衡控制。下面对这两个功能进行具体描述。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，通过调节各桥臂中子模块的投切，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，从而通过波形上的逼近，判断出每个桥臂需要投入或切除的子模块数。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当前电容电压平均值Uave、各桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与最小值，以及各桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与最小值；计算各桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差，以及计算各桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差；预设子模块不均衡度h，若桥臂电流iarm的方向为正，则控制该桥臂中子模块的投切以使得该桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave；若桥臂电流iarm的方向为负，则控制该桥臂中子模块的投切以使得该桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave。本专利技术还提供一种最近电平逼近的均压调制装置，其包括：采集单元，用于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；获取单元，用于获取本次控制周期内各桥臂中子模块的当前电容电压平均值Uave、各桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与最小值，以及各桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与最小值；计算单元，用于计算各桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差，以及计算各桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差；控制单元，其内预设有子模块不均衡度h，用于在桥臂电流iarm的方向为正时，控制该桥臂中子模块的投切以使得该桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave；以及在桥臂电流iarm的方向为负时，控制该桥臂中子模块的投切以使得该桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave。有益效果：本专利技术所述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，依据子模块的不均衡度h和桥臂子模块当前电容电压平均值Uave，在桥臂电流iarm的方向为正时，控制该桥臂中子模块的投切，即改变该桥臂中子模块的投入状态与切除状态，保证该桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave；在桥臂电流iarm的方向为负时，控制该桥臂中子模块的投切，即改变该桥臂中子模块的投入状态与切除状态，保证该桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave，从而在满足柔性直流输电阀控系统子模块均压的基础上，降低了子模块的开关频率，减少了子模块中功率器件(如IGBT)的开关损耗，直接提高了输电效率。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中控制单元的结构示意图；图6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－第一组成模块；402－第一查找模块；403－第一投切模块；404－第二组成模块；405－第二查找模块；406－第二投切模块；500－第一排序单元；600－第二排序单元。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。由于子模块中含有功率器件，因此也可称为功率模块。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是每个子模块的电容电压，N是每个桥臂中子模块的数量，且N>1。具体地，如图1所示，对于A相单元的上桥臂，交流输出端A依次连接电抗器、N个子模块SM后接入直流母线电压的正极Vdc+，其中，子模块SM1的输出端A1与直流母线电压的正极Vdc+连接、输出端B1与相邻的子模块SM2的输出端A2连接，子模块SMN的输出端An与相邻的子模块SM(N-1)的输出端B(n-1)连接、子模块SMN的输出端Bn与电抗器的一端连接，电抗器的另一端与A相交流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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当前电容电压平均值Uave、各桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与最小值，以及各桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与最小值；计算各桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差，以及计算各桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差；预设子模块不均衡度h，若桥臂电流iarm的方向为正，则控制该桥臂中子模块的投切以使得该桥臂已投入的子模块中电容电压最大值与已切除的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave；若桥臂电流iarm的方向为负，则控制该桥臂中子模块的投切以使得该桥臂已切除的子模块中电容电压最大值与已投入的子模块中电容电压最小值之差小于h*Uave。2.根据权利要求1所述的均压调制方法，其特征在于，所述均压调制方法还包括如下步骤：对本次控制周期内各桥臂中已投入的子模块分别按电容电压从大到小进行排序，以获取各桥臂对应的投入状态子模块排序列表，其中包括m个子模块；以及，对本次控制周期内各桥臂中已切除的子模块分别按电容电压从大到小进行排序，以获取各桥臂对应的切除状态子模块排序列表，其中包括n个子模块，且m+n＝N，m、n和N均为整数，N为每个桥臂包括的子模块数；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；当桥臂电流iarm的方向为正时，所述控制该桥臂中子模块的投切的步骤包括：将该桥臂对应的投入状态子模块排序列表中的m个子模块和切除状态子模块排序列表中的n个子模块按先后顺序组成第一排序列表，其中所述m个子模块的电容电压从大到小为U1至Um，所述n个子模块的电容电压从大到小为Um+1至UN；针对所述第一排序列表，计算Ui-UN-i+1，i从1开始递增，且i为整数，并依次与h*Uave进行比较，直至找到满足Ui-UN-i+1<h*Uave的i值；根据找到的i值、Non(k)和Non(k-1)控制该桥臂中子模块的投切；当桥臂电流iarm的方向为负时，所述控制该桥臂中子模块的投切的步骤包括：将该桥臂对应的切除状态子模块排序列表中的n个子模块和投入状态子模块排序列表中的m个子模块按先后顺序组成第二排序列表，其中所述n个子模块的电容电压从大到小为U1至Un，所述m个子模块的电容电压从大到小为Un+1至UN；针对所述第二排序列表，计算Uj-UN-j+1，j从1开始递增，且j为整数，并依次与h*Uave进行比较，直至找到满足Uj-UN-j+1<h*Uave的j值；根据找到的j值、Non(k)和Non(k-1)控制该桥臂中子模块的投切。3.根据权利要求2所述的均压调制方法，其特征在于，所述均压调制方法还包括如下步骤：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)；当桥臂电流iarm的方向为正时，所述根据找到的i值、Non(k)和Non(k-1)控制该桥臂中子模块的投切的步骤包括：根据找到的i值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)获取该桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1；根据NBAN1和Ndiff控制该桥臂中子模块的投切；当桥臂电流iarm的方向为负时，所述根据找到的j值、Non(k)和Non(k-1)控制该桥臂中子模块的投切的步骤包括：根据找到的j值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)获取该桥臂对应的第二附加调整模块数NBAN2；根据NBAN2和Ndiff控制该桥臂中子模块的投切。4.根据权利要求3所述的均压调制方法，其特征在于，所述根据找到的i值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)获取该桥臂对应的第一附加调整模块数NBAN1的步骤包括：若Ndiff＝0，则NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))；若Ndiff>0，则NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-Ndiff)；若Ndiff<0，则NBAN1＝Min(NBAN1,Non(k)+Ndiff,Noff(k))；所述根据NBAN1和Ndiff控制该桥臂中子模块的投切的步骤包括：在NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))时，在切除状态子模块排序列表中选择电压最小的NBAN1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NBAN1个子模块切除；在NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-Ndiff)时，在切除状态子模块排序列表中选择电压最小的(NBAN1+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NBAN1个子模块切除；在NBAN1＝Min(i,Non(k)+Ndiff,Noff(k))时，在切除状态子模块排序列表中选择电压最小的NBAN1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(NBAN1-Ndiff)个子模块切除；所述根据找到的j值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)获取该桥臂对应的第二附加调整模块数NBAN2的步骤包括：若Ndiff＝0，则NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))；若Ndiff>0，则NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-Ndiff)；若Ndiff<0，则NBAN2＝Min(j,Non(k)+Ndiff,Noff(k))；所述根据NBAN2和Ndiff控制该桥臂中子模块的投切的步骤包括：在NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))时，在切除状态子模块排序列表中选择电压最大的NBAN2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NBAN2个子模块切除；在NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-Ndiff)时，在切除状态子模块排序列表中选择电压最大的(NBAN2+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NBAN2个子模块切除；在NBAN2＝Min(j,Non(k)+Ndiff,Noff(k))时，在切除状态子模块排序列表中选择电压最大的NBAN2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(NBAN2-Ndiff)个子模块切除。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，所述均压调制方法还包括如下步骤：获取本次控制周期内各桥臂中子模块的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘韬，于向恩，李东松，
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