一种混合双子模块MMC均压控制方法及装置制造方法及图纸

技术编号:15650135 阅读:58 留言:0更新日期:2017-06-17 03:04
本发明专利技术提出一种混合双子模块MMC均压控制方法及装置,对于任一个桥臂,根据桥臂电流方向、整个桥臂的模块内电压差的总和的正负和投入子模块个数的正负,对每个子模块的综合电压指标进行排序,确定各子模块对应的输出状态;所述综合电压指标与模块内电容电压和、模块内电容电压差有关。本发明专利技术基于综合电压指标的模块间排序均压控制,实现了模块内部电容电压均衡和模块之间电容电压均衡的效果,在混合双子模块MMC系统的启动、正常运行、故障穿越等多种工况下均能启到良好的均压效果。

【技术实现步骤摘要】
一种混合双子模块MMC均压控制方法及装置
本专利技术属于电力系统柔性直流输电
,具体涉及一种混合双子模块MMC均压控制方法及装置。
技术介绍
直流短路故障是MMC-HVDC系统最为常见的一种故障,基于半桥式子模块的MMC换流器,如图1-a所示,在直流双极短路故障时无法通过闭锁子模块IGBT来切断交流系统向直流短路点的馈能回路,必须快速跳开交流断路器或直流隔离开关以清除故障电流,这不仅增加了系统成本,提高了对设备的技术要求,同时也降低了系统投运率,减慢了故障恢复速度。目前工程上大多采用制造难度大、成本高的直流电缆敷设线路以降低直流故障发生率,但并不能从根本解决半桥式MMC换流器对直流故障的处理失效问题。鉴于此,通过换流器自身控制实现故障电流自清除成为一种最经济有效的方法,也使得寻找具有直流故障穿越能力的换流器拓扑成为研究趋势。目前具有直流故障自清除能力的MMC子模块拓扑有全桥子模块、钳位双子模块等,分别如图1-b、图1-c所示。其中,全桥子模块式MMC使用功率器件多,初期投资成本和系统运行损耗很大;而钳位双子模块式MMC不能输出负电平,不具备不闭锁STATCOM运行故障穿越能力,切不具备提升系统容量的能力。鉴于上述两种子模块各自的缺点,申请公布号为CN104993716A的中国专利文件提出一种混合双子模块,如图2所示,其兼具上述两者的优势,投资成本相对较低,同时具备闭锁故障穿越能力和STATCOM运行故障穿越能力,负电平输出方式可以提高系统调制度,并进而提升系统容量。但常规MMC系统的均压控制策略不能满足其均压要求,因此亟需提出一种适用于混合双子模块MMC的系统均压控制策略。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合双子模块MMC均压控制方法及装置,以同时实现适用于混合双子模块的模块内和模块间的均压控制。为解决上述技术问题,本专利技术的技术方案为:本专利技术提供一种混合双子模块MMC均压控制方法,对于任一个桥臂,根据桥臂电流方向、整个桥臂的模块内电压差的总和的正负和投入子模块个数的正负,对每个子模块的综合电压指标进行排序,确定各子模块对应的输出状态;所述综合电压指标与模块内电容电压和、模块内电容电压差有关。进一步的,当投入子模块个数为正时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权和;当投入子模块个数为负时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权差。进一步的,一个桥臂包括N个子模块,每个子模块包含2个子单元;当投入子模块个数为正,调制波需输出M个子单元时,子模块输出状态包括单电容电压、双电容电压和切除:桥臂电流方向为正时,将综合电压指标最低的N1个子模块输出单电容电压,电压最高的N2个子模块切除,其他子模块输出双电容电压;桥臂电流方向为负时,将综合电压指标最低的N3个子模块切除,电压最高的N4个子模块输出单电容电压,其他子模块输出双电容电压;当投入子模块个数为负时,调制波需输出–M个子单元时,子模块输出状态包括负向电容电压和切除:桥臂电流方向为正时,将综合电压指标最高的M个子模块输出负向电容电压,其他子模块切除;桥臂电流方向为负时,将综合电压指标最低的M个子模块输出负向电容电压,其他子模块切除;其中,N、M、N1、N2、N3和N4均为自然数。进一步的,若模块内电容电压差的总和为正,则N1=M%2,N2=N–N1–M/2;若M≥N,则N4=2N–M,N3=0;若M<N,则N4=M,N3=N–M;若模块内电容电压差的总和为负,则N4=M%2,N3=N–N4–M/2;若M≥N,则N1=2N–M,N2=0;若M<N,则N1=M,N2=N–M;其中,%表示取余数操作。本专利技术还提供一种混合双子模块MMC均压控制装置,对于任一个桥臂,包括用于根据桥臂电流方向、整个桥臂的模块内电压差的总和的正负和投入子模块个数的正负,对每个子模块的综合电压指标进行排序,确定各子模块对应的输出状态的模块;所述综合电压指标与模块内电容电压和、模块内电容电压差有关。进一步的,当投入子模块个数为正时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权和;当投入子模块个数为负时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权差。进一步的,一个桥臂包括N个子模块,每个子模块包含2个子单元:当投入子模块个数为正,调制波需输出M个子单元时,子模块输出状态包括单电容电压、双电容电压和切除:桥臂电流方向为正时,将综合电压指标最低的N1个子模块输出单电容电压,电压最高的N2个子模块切除,其他子模块输出双电容电压;桥臂电流方向为负时,将综合电压指标最低的N3个子模块切除,电压最高的N4个子模块输出单电容电压,其他子模块输出双电容电压;当投入子模块个数为负时,调制波需输出–M个子单元时,子模块输出状态包括负向电容电压和切除:桥臂电流方向为正时,将综合电压指标最高的M个子模块输出负向电容电压,其他子模块切除;桥臂电流方向为负时,将综合电压指标最低的M个子模块输出负向电容电压,其他子模块切除;其中,N、M、N1、N2、N3和N4均为自然数。进一步的,若模块内电容电压差的总和为正,则N1=M%2,N2=N–N1–M/2;若M≥N,则N4=2N–M,N3=0;若M<N,则N4=M,N3=N–M;若模块内电容电压差的总和为负,则N4=M%2,N3=N–N4–M/2;若M≥N,则N1=2N–M,N2=0;若M<N,则N1=M,N2=N–M;其中,%表示取余数操作。本专利技术的有益效果:本专利技术针对混合双子模块,该模块能够输出四种电压状态,分别为两倍电容电压、电容电压、零电压和负向电容电压。混合双子模块内部存在两个电容,不能如钳位双子模块一样两个电容器的投入切除控制相互独立,在实现模块间均压的同时,需要实现模块内电压均衡。本专利技术基于综合电压指标的模块间排序均压控制,实现了模块内部电容电压均衡和模块之间电容电压均衡的效果。具体调节单电容电压输出子模块个数,达到整个桥臂的模块电压差总和趋近于零的目的,配合基于含子模块内部电压差因素的综合电压指标的模块间排序均压控制,实现任一子模块内部两电容电压均衡的效果。其中,当投入子模块个数为正时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权叠加;当投入子模块个数为负时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权求差。本专利技术能够有效地实现桥臂内全部子模块电容电压的均衡,在混合双子模块MMC系统的启动、正常运行、故障穿越等多种工况下均能启到良好的均压效果。附图说明图1-a是半桥子模块图;图1-b是全桥子模块图;图1-c是钳位双子模块图;图2是混合双子模块及其组成的换流器图;图3是混合双子模块的构成图;图4是系统均压控制框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、优点及技术方案更加清楚,下面结合附图及实施例,对本专利技术做进一步的详细说明。如图2、图3所示,混合双子模块由4个IGBT和2个模块电容构成。混合双子模块可近似认为由两个半桥单元组合而成。下表为混合双子模块的工作状态。表1混合双子模块工作状态表由上表可以看出,混合双子模块能够输出4种电压,分别为双电容电压、单电容电压、零电压和负向电容电压。而且,当投入子模块个数为正时,子模块输出电压对应有当单电容电压、双电容电压和零本文档来自技高网
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一种混合双子模块MMC均压控制方法及装置

【技术保护点】
一种混合双子模块MMC均压控制方法,其特征在于,对于任一个桥臂,根据桥臂电流方向、整个桥臂的模块内电压差的总和的正负和投入子模块个数的正负,对每个子模块的综合电压指标进行排序,确定各子模块对应的输出状态;所述综合电压指标与模块内电容电压和、模块内电容电压差有关。

【技术特征摘要】
1.一种混合双子模块MMC均压控制方法,其特征在于,对于任一个桥臂,根据桥臂电流方向、整个桥臂的模块内电压差的总和的正负和投入子模块个数的正负,对每个子模块的综合电压指标进行排序,确定各子模块对应的输出状态;所述综合电压指标与模块内电容电压和、模块内电容电压差有关。2.根据权利要求1所述的混合双子模块MMC均压控制方法,其特征在于,当投入子模块个数为正时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权和;当投入子模块个数为负时,综合电压指标为模块内电容电压和与模块内电容电压差的加权差。3.根据权利要求2所述的混合双子模块MMC均压控制方法,其特征在于,一个桥臂包括N个子模块,每个子模块包含2个子单元;当投入子模块个数为正,调制波需输出M个子单元时,子模块输出状态包括单电容电压、双电容电压和切除:桥臂电流方向为正时,将综合电压指标最低的N1个子模块输出单电容电压,电压最高的N2个子模块切除,其他子模块输出双电容电压;桥臂电流方向为负时,将综合电压指标最低的N3个子模块切除,电压最高的N4个子模块输出单电容电压,其他子模块输出双电容电压;当投入子模块个数为负时,调制波需输出–M个子单元时,子模块输出状态包括负向电容电压和切除:桥臂电流方向为正时,将综合电压指标最高的M个子模块输出负向电容电压,其他子模块切除;桥臂电流方向为负时,将综合电压指标最低的M个子模块输出负向电容电压,其他子模块切除;其中,N、M、N1、N2、N3和N4均为自然数。4.根据权利要求3所述的混合双子模块MMC均压控制方法,其特征在于,若模块内电容电压差的总和为正,则N1=M%2,N2=N–N1–M/2;若M≥N,则N4=2N–M,N3=0;若M<N,则N4=M,N3=N–M;若模块内电容电压差的总和为负,则N4=M%2,N3=N–N4–M/2;若M≥N,则N1=2N–M,N2=0;若M<N,则N1=M,N2=N–M;其中,%表示取余数操作。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员:张浩吴金龙王先为杨美娟刘欣和李道洋姚为正范彩云
申请(专利权)人:许继集团有限公司西安许继电力电子技术有限公司许继电气股份有限公司国网山东省电力公司电力科学研究院国家电网公司
类型:发明
国别省市:河南,41

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