基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法技术

本发明专利技术公开了基于取能电源控制的C‑MMC静态均压控制方法，首先采集每个C‑MMC子模块的电容电压，求出其平均值，通过比较C‑MMC子模块电压和目标电压的大小，得到满足子模块间电压平衡的取能电源调制信号。然后，以子模块内两个电容电压平均值作为子模块内两个电容电压平衡的目标，通过比较电容电压值和目标值的大小给出满足子模块内两个电容电压平衡的取能电源调制信号。该调制信号与三角载波比较得到取能电源中反激电路的控制信号。依赖于此控制信号，取能电源的输入电流将得到调节，功率模块的电容电压也将得到间接的调节。不需要额外附加电路，且控制方法简单，对降低系统的损耗和保证系统正常启动有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法
本专利技术属于静态均压控制，具体涉及一种基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法。
技术介绍
近年来，以模块化多电平换流器(MMC)为核心拓扑的柔性直流输电技术在我国电网系统中的应用越来越广泛。换流器功率模块采用全控型电力电子器件，系统采用子模块(SM,sub-module)级联形式，易于扩展，提高了系统电压等级，减少了开关器件的开关频率，从而减小开关损耗，输出电压波形更趋近正弦波从而减少谐波含量。不同于传统直流输电技术，基于MMC的柔性直流输电技术能向无源网络供电、能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、易于实现多端系统。另外，柔性直流输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势，得到了广泛关注。MMC系统采用三相桥结构，但不同于传统三相桥，MMC每个桥臂是由多个子模块级联构成的，基本原理结构图如图1所示。目前主流的MMC子模块拓扑结构主要有三种：半桥子模块(HBSM)，全桥子模块(FBSM)和箝位双子子模块(CDSM)。其中，CDSM由于其具有直流故障自动隔离功能而成为一种很有潜力的拓扑结构，其子模块由5个IGBTVT1-VT5及反并联二极管VD1-VD5，2个箝位二极管VD6和VD7，2个电容C1、C2及并联电阻R1、R2，取能电源及控制和驱动单元构成，取能电源采用输出并联的两个反激电路，子模块结构如图2和图3所示。目前，针对由CDSM构成的MMC的研究主要集中在其隔离直流侧故障能力方面，对其电压平衡方面的研究相对偏少，而系统电压不平衡，对系统的正常运行造成很大的威胁。不同于半桥子模块和全桥子模块，箝位双子子模块含有两个电容，不仅存在子模块间电压不平衡问题，还需考虑子模块内部两个电容之间的电压平衡，尤其在MMC不控预充电阶段，由于IGBT全部处于封锁状态，系统电容电压不能通过控制IGBT来达到平衡，电容电压的不平衡更为显著，将严重影响系统正常启动运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法，通过分析系统不控预充电阶段影响功率模块电容电压平衡的原因，找出影响子模块静态电压平衡的主要因素，通过建模分析，推导出该影响因素对电容电压影响的关系。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据KCL，建立C-MMC子模块电流关系；步骤二，分析影响静态电压平衡的因素，能够确定取能电源是影响功率模块电容电压平衡的主要因素，因此以流入取能电源的电流为被控量，对取能电源进行控制；步骤三，为了保证C-MMC子模块间电压的平衡，以C-MMC子模块电压的平均值作为C-MMC子模块均压目标，通过比较C-MMC子模块电压与均压目标值，得到满足C-MMC子模块间电压平衡的取能电源调制信号步骤四，为了保证C-MMC子模块内两个电容均压，以C-MMC子模块内两个电容电压的平均值作为均压目标值，每个电容的电压与目标值进行比较，得到满足C-MMC子模块内电容电压平衡的取能电源调制信号步骤五，得到第j个子模块取能电源第i个反激电路的调制信号为和的叠加，即其中，j＝1,2,…,N，i＝1,2；步骤六，最后比较调制信号与三角载波信号u(t)，得到取能电源上每个反激电路的控制信号dpji，从而通过对取能电源的合理控制达到电容电压静态平衡的目标。步骤一中，由于每个电容分支的电流关系一样，C-MMC子模块中任意一个电容分支均具有如下关系，根据KCL可得：ism＝ic+iR+ipism＝ibriguc和ic分别为电容电压和电流，iR为均压电阻的电流，ip为流过取能电源的电流，ism为子模块电流，ibrig为子模块所在桥臂的电流。步骤二中，由于静态均压的目标是要保持电容电压不变，C-MMC子模块之间串联，C-MMC子模块电流ism就等于桥臂电流ibrig，因此每个模块的输入电流ism相等，从电流关系可知，取能电源的输入电流ip即为影响电容电压平衡的主要因素。步骤三中，得到取能电源调制信号的具体方法如下：第一步，计算出桥臂子模块的均压目标值uavr，第二步，比较C-MMC子模块电容电压和目标电压的大小，确定此时取能电源的调制信号其中，Δuj＝uj-uavr为C-MMC子模块每个电容电压与目标值的电压差，且步骤四中，得到取能电源调制信号的具体方法如下：第一步，计算出子模块内两个电容的均压目标值ujavr，第二步，比较C-MMC子模块两个电容电压ujci与均压目标ujavr的大小，得到满足子模块内电容电压平衡的取能电源调制信号其中Δujci＝ujci-ujavr为子模块每个电容电压与目标值的电压差，且j＝1,2,…,N；i＝1,2。步骤六中，根据三角载波的幅值和频率，对三角载波信号u(t)进行泰勒展开，通过比较三角载波信号u(t)和调制信号最终得到取能电源每个反激电路的控制信号dpji，其中，j＝1,2,…,N；i＝1,2。与现有技术相比，本专利技术首先采集每个C-MMC子模块的电容电压，求出其平均值，作为每个模块电容均压的目标，通过比较C-MMC子模块电压和目标电压的大小，得到此时取能电源调制信号。不同于半桥子模块和全桥子模块，箝位双子子模块有两个电容，在保证功率模块间电压平衡的同时还要保证模块内两个电容电压的平衡，C-MMC子模块内部两个电容电压的平均值作为子模块内部电容的均压目标，通过比较电容电压值和目标值的大小给出此时取能电源调制信号。故最终C-MMC子模块取能电源的调制信号是上述两个调制信号的叠加，该调制信号与三角载波比较得到取能电源中反激电路的控制信号。依赖于此控制信号，取能电源的输入电流将得到调节，功率模块的电容电压也将得到间接的调节。本专利技术提出的C-MMC静态均压方法，不需要额外附加电路，且控制方法简单，对降低系统的损耗和保证系统正常启动有非常重要的意义。附图说明图1为MMC系统基本原理图；图2为C-MMC子模块结构图；图3为图2中取能电源和控制及驱动单元的示意图；图4为预充电阶段C-MMC子模块等效电路图；图5为实施例中均压控制仿真波形；图6为实施例中第一个子模块取能电源中第一个反激电路控制信号及输出电压示意图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例：C-MMC柔性直流输电系统直流侧电压8.8kV，每个桥臂2个模块，每个功率模块的额定电压为4.4kV，采用3.3kV，1kA的IGBT，模块拓扑结构为箝位双子结构。实施例以a相上桥臂为例进行说明。本专利技术基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法，步骤如下：步骤1：根据KCL建立C-MMC子模块输入输出电流之间的关系。由于在MMC启动前，C-MMC子模块电容上没有电，导致取能电源没有足够触发能量来驱动IGBT正常工作，因此，预充电阶段系统IGBT开关器件处于封锁状态，系统只能通过反并联二极管为功率模块电容充电，若采用直流侧预充电，则C-MMC子模块可等效为图4所示的等效电路。其中C1＝C2＝C，R1＝R2＝R，由于每个电容电流关系一样，此处以C-MMC子模块其中任意一个电容为例，由KCL可得ism＝ic+iR+ipism＝ibrigauc，ic为电容电压和电流，iR为均压电阻的电流，ip为流过取能电源的电流，ism为C-MM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于取能电源控制的C‑MMC静态均压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据KCL，建立C‑MMC子模块电流关系；步骤二，以流入取能电源的电流为被控量，对取能电源进行控制；步骤三，以C‑MMC子模块电压的平均值作为C‑MMC子模块均压目标，通过比较C‑MMC子模块电压与均压目标值，得到满足C‑MMC子模块间电压平衡的取能电源调制信号

【技术特征摘要】
1.基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据KCL，建立C-MMC子模块电流关系；步骤二，以流入取能电源的电流为被控量，对取能电源进行控制；步骤三，以C-MMC子模块电压的平均值作为C-MMC子模块均压目标，通过比较C-MMC子模块电压与均压目标值，得到满足C-MMC子模块间电压平衡的取能电源调制信号步骤四，以C-MMC子模块内两个电容电压的平均值作为均压目标值，每个电容的电压与目标值进行比较，得到满足C-MMC子模块内电容电压平衡的取能电源调制信号步骤五，得到第j个子模块取能电源第i个反激电路的调制信号为和的叠加，即其中，j＝1,2,…,N，i＝1,2；步骤六，最后比较调制信号与三角载波信号u(t)，得到取能电源上每个反激电路的控制信号dpji，从而通过对取能电源的合理控制达到电容电压静态平衡的目标。2.根据权利要求1所述的基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法，其特征在于，步骤一中，由于每个电容分支的电流关系一样，C-MMC子模块中任意一个电容分支均具有如下关系，根据KCL可得：ism＝ic+iR+ipism＝ibriguc和ic分别为电容电压和电流，iR为均压电阻的电流，ip为流过取能电源的电流，ism为子模块电流，ibrig为C-MMC子模块所在桥臂的电流。3.根据权利要求1所述的基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法，其特征在于，步骤二中，由于静态均压...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立霞，贾立新，雒龙飞，张彦斌，司刚全，张慧慧，张祝祥，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61