一种模块化多电平换流器电容均压方法技术

本发明专利技术公开了一种模块化多电平换流器电容均压方法，包括步骤：计算需要投入的子模块数Non；如果Non＝0，则将所有的子模块切除；如果Non＝Nsm，则将所有的子模块投入，Nsm为单个桥臂所有的子模块数量；如果0＜Non＜Nsm，则设置一电压区间的调整步长初始值、预设的可接受的子模块电压偏差阀值和电压阈值，根据该调整步长和电压阈值对可调整模块电压区间进行动态统计，直到满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，或者电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值；当电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值时，结合统计结果和最优脉冲法确定需投入的子模块。本发明专利技术具有计算量小、资源占用少、运算效率高等优点，同时能一定程度上降低开关频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模块化多电平换流器研究领域，特别涉及一种模块化多电平换流器电容均压方法。
技术介绍
自学者R.Marquardt提出基于半桥子模块级联构成的半桥模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)后，近年来，半桥MMC技术得到了蓬勃发展，世界各国专家学者对其开展了广泛而深入的研究。子模块电容电压的平衡控制是模块化多电平换流器的关键性技术之一。子模块电容电压的不平衡，将导致换流器输出电压出现畸变，影响换流器的交直流侧控制效果，甚至引起系统的不稳定。因此，子模块电容电压保持相对稳定、一致是模块化多电平换流器正常运行的首要前提。目前工程较为常用的是电压排序均衡方法，该方法指出子模块SM的电容电压平衡策略以各桥臂为单位，根据各桥臂中每个子模块SM电容电压大小的排序以及桥臂电流的方向来判断各个子模块的投切状态，来达到平衡其内部各子模块SM的电容电压的目的。该方法主要存在如下两点缺陷：1、子模块的开关频率增加，进而增大换流器损耗，影响经济效益；2、排序和选择算法占用运算资源较多，当子模块个数达到一定程度时，将占用较大的计算资源，影响系统控制频率，进而影响系统运行性能。也有文献对此进行了改进，授权号为CN 103427692 B《一种基于双队列的模块化多电平换流器的调制方法》能一定程度上加快排序效率，但还是需要排序，当模块全部投入或切除时跟传统排序法接近，算法不稳定。屠卿瑞、徐政、郑翔等在标题为《一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法》(电工技术学报，2011，26(5)：15-20.)的文献中提出一种改进方法，其思想为在电容电压额定值附近设定一组电压上、下限，将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上，从而根据越限情况先进行处理后再排序，仍不可避免排序算法带来的缺陷。公布号为CN 103888003 A《一种模块化多电平换流器的子模块分层均压方
法》，公布号为CN 104038052 A《模块化多电平换流器快速电压均衡控制方法》，该两种方法通过设置电压限值，在不排序的情况下优先投入或切除电压越限的子模块，但并不能保证电压为最高或最低的子模块被投入或切除，可能存在均压效果不理想的情况。现有技术一：设定子模块电压上限和下限，每个周期中电压未越限的子模块状态尽量保持不变；当桥臂电流大于0时，优先投入已切除子模块中电压低于电压下限值且最低的模块，及优先切除已投入子模块中电压高于电压上限值且最高的模块；当桥臂电流小于0时，优先投入已切除子模块中电压高于电压上限值且最高的模块，及优先切除子模块中电压低于电压下限值且最低的模块。该方法需对已投入的子模块及已切除的子模块中电压值越限的模块分别排序，相对传统算法能一定程度上提高效率，但不能有效解决排序算法所带来的计算量大、资源占用多等问题。现有技术二：设定子模块电压上限和下限，每个周期中电压未越限的子模块状态尽量保持不变；当桥臂电流大于0时，优先投入已切除子模块中电压低于电压下限值的模块，及优先切除已投入子模块中电压高于电压上限值的模块；当桥臂电流小于0时，优先投入已切除子模块中电压高于电压上限值的模块，及优先切除子模块中电压低于电压下限值的模块。该方法仅仅对子模块电压做越限判断，对越限的子模块做有限投入或切除操作，与现有技术一类似，是现有技术一的简化处理；但是对越限的子模块不排序，所有越限子模块的投入或切除顺序由存储顺序确定。该方法确实能避免排序算法的缺陷，但带来新的问题，所投入或切除的子模块不是电压越限子模块中电压值最大的或电压值最小的，有可能带来电压均衡效果不理想的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种模块化多电平换流器电容均压方法，该方法无需对桥臂子模块的电压进行排序，也无需对桥臂子模块进行分组，具有计算量小、资源占用少、运算效率高等优点，同时能一定程度上降低开关频率。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种模块化多电平换流器电容均压方法，包括步骤：计算需要投入的子模块数Non；如果Non＝0，则将所有的子模块切除；如果Non＝Nsm，则将所有的子模块投入，Nsm为单个桥臂所有的子模块数量；如果0＜Non＜Nsm，则设置一电压区间的调整步长初始值、预设的可接受的子模块电压偏差阀值和电压阈值，根据该调整步长和电压阈值对可调整模块电压区间进行动态统计，直到满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，或者电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值；当电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值时，将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定。具体的，如果0＜Non＜Nsm，则根据桥臂电流Iarm的方向确定处理步骤：若Iarm＞0，桥臂处于充电状态，则比较各模块电压值与所有模块中电压最小值的差值，将该差值与电压阈值比较，得到满足条件的子模块个数；如果满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，则将所有满足条件的子模块投入；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长小于等于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长大于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则调整调整步长，并根据调整步长对电压阈值进行调整，执行上述循环；若Iarm＜0，桥臂处于放电状态，则比较所有模块中电压最大值与各模块电压值的差值，将该差值与电压阈值比较，得到满足条件的子模块个数；如果满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，则将所有满足条件的子模块投入；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长小于等于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长大于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则调整调整步长，并根据调整步长对电压阈值进行调整，执行上述循环。优选的，若Iarm＞0，执行下述步骤：(1-1)获取所有模块中的电压最大值Umax和最小值Umin，根据二者的差值设定一电压区间的调整步长初始值ΔU，电压阈值初始值Ux；(1-2)依次比较各模块电压值Ui与Umin的差值，统计出满足差值≤Ux的模块
数Nj；(1-3)如果Nj＝Non，则将所有电压差值满足≤Ux的模块投入，否则进入步骤(1-4)；(1-4)判断是否满足ΔU≤ΔU0，ΔU0为预设的可接受的子模块电压偏差阀值，如果不满足则令ΔU＝ΔU/a，a为一调整因子，进入步骤(1-5)，如果满足则进入步骤(1-6)；(1-5)如果Nj＜Non，则按公式Ux＝Ux+ΔU调整Ux后进入步骤(1-2)，如果Nj＞Non，则按公式Ux＝Ux-ΔU调整Ux后进入步骤(1-2)；(1-6)如果Nj＜Non，投入所有模块电压≤Umin+Ux的子模块，将模块电压满足＞Umin+Ux且≤Umin+Ux+ΔU的子模块采用最优脉冲法确定需投入的子模块，直到所投入的子模块数为Non；如果Nj＞Non，投入所有模块电压≤Umin+U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器电容均压方法，其特征在于，包括步骤：计算需要投入的子模块数Non；如果Non＝0，则将所有的子模块切除；如果Non＝Nsm，则将所有的子模块投入，Nsm为单个桥臂所有的子模块数量；如果0＜Non＜Nsm，则设置一电压区间的调整步长初始值、预设的可接受的子模块电压偏差阀值和电压阈值，根据该调整步长和电压阈值对可调整模块电压区间进行动态统计，直到满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，或者电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值；当电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值时，将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器电容均压方法，其特征在于，包括步骤：计算需要投入的子模块数Non；如果Non＝0，则将所有的子模块切除；如果Non＝Nsm，则将所有的子模块投入，Nsm为单个桥臂所有的子模块数量；如果0＜Non＜Nsm，则设置一电压区间的调整步长初始值、预设的可接受的子模块电压偏差阀值和电压阈值，根据该调整步长和电压阈值对可调整模块电压区间进行动态统计，直到满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，或者电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值；当电压区间的调整步长小于预设的可接受的子模块电压偏差阀值时，将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器电容均压方法，其特征在于，如果0＜Non＜Nsm，则根据桥臂电流Iarm的方向确定处理步骤：若Iarm＞0，桥臂处于充电状态，则比较各模块电压值与所有模块中电压最小值的差值，将该差值与电压阈值比较，得到满足条件的子模块个数；如果满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，则将所有满足条件的子模块投入；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长小于等于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长大于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则调整调整步长，并根据调整步长对电压阈值进行调整，执行上述循环；若Iarm＜0，桥臂处于放电状态，则比较所有模块中电压最大值与各模块电压值的差值，将该差值与电压阈值比较，得到满足条件的子模块个数；如果满足条件的子模块数等于需要投入的子模块数，则将所有满足条件的子模块投入；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长小于等于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则将一部分满足条件的子模块直接投入，剩余需投入的子模块采取最优脉冲法确定；如果满足条件的子模块数不等于需要投入的子模块数，且电压区间的调整步长大于预设的可接受的子模块电压偏差阀值，则调整调整步长，并根据调整步长对电压阈值进行调整，执行上述循环。3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器电容均压方法，其特征在于，
\t若Iarm＞0，执行下述步骤：(1-1)获取所有模块中的电压最大值Umax和最小值Umin，根据二者的差值设定一电压区间的调整步长初始值ΔU，电压阈值初始值Ux；(1-2)依次比较各模块电压值Ui与Umin的差值，统计出满足差值≤Ux的模块数Nj；(1-3)如果Nj＝Non，则将所有电压差值满足≤Ux的模块投入，否则进入步骤(1-4)；(1-4)判断是否满足ΔU≤ΔU0，ΔU0为预设的可接受的子模块电压偏差阀值，如果不满足则令ΔU＝ΔU/a，a为一调整因子，进入步骤(1-5)，如果满...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继权，伦振坚，贾红舟，鲁丽娟，彭冠炎，周敏，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44