一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术与直流输电领域，特别提出一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法，该方法首先计算全桥型MMC每个桥臂需要导通的子模块数目，根据不同导通数目选择不同的子模块进行下一步操作，然后再根据子模块电容电压最大差值是否超过设定限制，选择电容电压排序方法，最后通过前后两个控制周期内所需导通的子模块的数目差值和桥臂电流方向，决定所需要投入或者切除的全桥子模块。本发明专利技术能够在动态过程中实现MMC拓扑各个子模块电容电压的均衡控制，有利于能量在整个换流器中均匀分配。

Capacitor voltage balancing control method for full bridge type MMC

The invention belongs to the field of power electronics and DC transmission, especially presented a balance control method for capacitor voltage full bridge MMC, this method first calculates the full bridge MMC bridge needs the number of each sub module to conduct, according to the different conduction of selecting the number of different sub modules for the next step, and then according to the the biggest difference is the capacitor voltage exceeds the preset limit, the capacitor voltage selection sorting method, the number of difference and finally through the bridge arm current direction before and after the two control period required for module conduction, determine the required input or full bridge module removed. The invention can realize the balance control of the capacitor voltage of each sub module of the MMC topology in the dynamic process, which is favorable for the uniform distribution of energy in the whole converter.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子技术与直流输电领域，尤其涉及一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法。
技术介绍
模块化多电平换流器(MMC)是一种新型的多电平电压源型换流器，现已成功应用于多个高压直流输电(HVDC)工程中。相对于传统电压源型高压直流输电系统(VSC-HVDC)而言，MMC-HVDC具有器件开关频率低、谐波含量少、电压等级高等优点，因此MMC-HVDC具有广阔的应用空间。然而，由于MMC拓扑将能量分散存储在桥臂的各个子模块电容中，因此，如何在动态过程中实现各个子模块电容电压的均衡控制，使得能量在整个换流器中均匀分配，是现有技术中MMC拓扑的实现难点之一，尤其是用于全桥型MMC的优化电容电压均衡控制方法，目前研究较少。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法。该方法包括如下步骤：步骤一：计算全桥型MMC每个桥臂所需导通子模块数目，其中，子模块数目为整数且正负特性取决于子模块电容电压方向，子模块数目若大于0则表示需要子模块正投入的数量，子模块数目若小于0则表示需要子模块负投入的数量；若所述所需导通子模块数目等于0，则切除所有子模块，否则进入步骤二；步骤二：判断各子模块电容电压是否越限，若是，则按照冒泡排序方法进行触发，否则计算当前时刻与上一时刻导通数目之差，若所述导通数目之差大于0，则进入步骤三，若所述导通数目之差等于0，则进入步骤四，若所述导通数目之差小于0，则进入步骤五；步骤三：在上一时刻所有处于切除状态的子模块中进行选择，正/负投入电压最高或最低的P个全桥子模块，其中P为所述导通数目之差；步骤四：保持各子模块上一时刻的触发状态不变；步骤五：在上一时刻所有处于导通状态的子模块中进行选择，切除电压最高或最低的Q个全桥子模块，其中Q为所述导通数目之差的绝对值。进一步地，步骤一中计算全桥型MMC每个桥臂所需导通子模块数目采用如下计算公式：N(k)=round(Udc/UC)，其中，N(k)为当前时刻每个桥臂所需导通子模块数目，round()为取整函数，Udc为直流电压，UC为子模块电容电压。进一步地，步骤二中判断各子模块电容电压是否越限的判断条件为ΔUmax是否大于Umaxref，其中，ΔUmax为当前时刻桥臂中子模块电容电压最大值与最小值的差，Umaxref为设定的最大偏差量。步骤二中，计算当前时刻与上一时刻导通数目之差采用如下计算公式：Ndiff=|N(k)|-|N(k-1)|，其中，Ndiff为当前时刻与上一时刻导通数目之差，N(k)为当前时刻导通数目，N(k-1)为上一时刻导通数目。进一步地，步骤三包括：若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm>0，正投入电压最低的Ndiff个全桥子模块；若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm<0，正投入电压最高的Ndiff个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm>0，负投入电压最高的Ndiff个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm<0，负投入电压最低的Ndiff个全桥子模块。进一步地，步骤五包括：若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm>0，切除电压最高的|Ndiff|个全桥子模块；若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm<0，切除电压最低的|Ndiff|个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm>0，切除电压最低的|Ndiff|个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm<0，切除电压最高的|Ndiff|个全桥子模块。本专利技术为全桥型MMC电容电压的优化均衡控制提供了一种有效方法，能够在动态过程中实现MMC拓扑各个子模块电容电压的均衡控制，有利于能量在整个换流器中均匀分配。附图说明图1为本专利技术技术方案步骤一的流程示意图图2为本专利技术技术方案步骤二的流程示意图图3为本专利技术技术方案步骤三的流程示意图图4为本专利技术技术方案步骤四的流程示意图图5为本专利技术技术方案步骤五的流程示意图具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法，包括以下五个步骤，图1是步骤一流程示意图，步骤一用于计算全桥型MMC每个桥臂所需导通子模块数目，计算公式为：N(k)=round(Udc/UC)(1)上述公式(1)中，N(k)为当前时刻每个桥臂所需导通子模块数目，round()为取整函数，Udc为直流电压，UC为子模块电容电压，若N(k)=0，则切除桥臂所有子模块，若N(k)等于±17，则正/负投入桥臂所有子模块，否则进入步骤二，即标号为①处。图2是步骤二流程示意图，步骤二上接步骤一中的①处，步骤二用于判断各子模块电容电压是否越限，具体为判断ΔUmax是否大于Umaxref，ΔUmax为当前时刻桥臂中子模块电容电压最大值与最小值的差，Umaxref为设定的最大偏差量，如果ΔUmax大于Umaxref，则按照传统方法进行触发，如果ΔUmax不大于Umaxref，则计算当前时刻与上一时刻导通数目之差，计算公式为：Ndiff=|N(k)|-|N(k-1)|(2)上述公式(2)中，Ndiff为当前时刻与上一时刻导通数目之差，N(k)为当前时刻导通数目，N(k-1)为上一时刻导通数目，若Ndiff>0，则进入步骤三(即图2中标号为②处)，若Ndiff=0，则进入步骤四(即图2中标号为③处)，若Ndiff<0，则进入步骤五(即图2中标号为④处)。图3是步骤三流程示意图，步骤三上接步骤二中的②处，具体为在上一时刻所有处于切除状态的子模块中进行选择，若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm>0，正投入电压最低的Ndiff个全桥子模块；若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm<0，正投入电压最高的Ndiff个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm>0，负投入电压最高的Ndiff个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm<0，负投入电压最低的Ndiff个全桥子模块。图4是步骤四流程示意图，步骤四上接步骤二中的③处，具体为保持各子模块上一时刻的触发状态不变。图5是步骤五流程示意图，步骤五上接步骤二中的④处，具体为在上一时刻所有处于导通状态的子模块中进行选择，若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm>0，切除电压最高的|Ndiff|个全桥子模块；若N(k)>0且桥臂电流方向Iarm<0，切除电压最低的|Ndiff|个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm>0，切除电压最低的|Ndiff|个全桥子模块；若N(k)<0且桥臂电流方向Iarm<0，切除电压最高的|Ndiff|个全桥子模块。上述实施例仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下几个步骤：步骤一：计算全桥型MMC每个桥臂所需导通子模块数目，其中，子模块数目为整数且正负特性取决于子模块电容电压方向，子模块数目若大于0则表示需要子模块正投入的数量，子模块数目若小于0则表示需要子模块负投入的数量；若所述所需导通子模块数目等于0，则切除所有子模块，否则进入步骤二；步骤二：判断各子模块电容电压是否越限，若是，则按照冒泡排序方法进行触发，否则计算当前时刻与上一时刻导通数目之差，若所述导通数目之差大于0，则进入步骤三，若所述导通数目之差等于0，则进入步骤四，若所述导通数目之差小于0，则进入步骤五；步骤三：在上一时刻所有处于切除状态的子模块中进行选择，正/负投入电压最高或最低的P个全桥子模块，其中P为所述导通数目之差；步骤四：保持各子模块上一时刻的触发状态不变；步骤五：在上一时刻所有处于导通状态的子模块中进行选择，切除电压最高或最低的Q个全桥子模块，其中Q为所述导通数目之差的绝对值。

【技术特征摘要】
1.一种用于全桥型MMC的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下几个步骤：步骤一：计算全桥型MMC每个桥臂所需导通子模块数目，其中，子模块数目为整数且正负特性取决于子模块电容电压方向，子模块数目若大于0则表示需要子模块正投入的数量，子模块数目若小于0则表示需要子模块负投入的数量；若所述所需导通子模块数目等于0，则切除所有子模块，否则进入步骤二；步骤二：判断各子模块电容电压是否越限，若是，则按照冒泡排序方法进行触发，否则计算当前时刻与上一时刻导通数目之差，若所述导通数目之差大于0，则进入步骤三，若所述导通数目之差等于0，则进入步骤四，若所述导通数目之差小于0，则进入步骤五；步骤三：在上一时刻所有处于切除状态的子模块中进行选择，正/负投入电压最高或最低的P个全桥子模块，其中P为所述导通数目之差；步骤四：保持各子模块上一时刻的触发状态不变；步骤五：在上一时刻所有处于导通状态的子模块中进行选择，切除电压最高或最低的Q个全桥子模块，其中Q为所述导通数目之差的绝对值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述计算全桥型MMC每个桥臂所需导通子模块数目采用如下计算公式：N(k)＝round(Udc/UC)，其中，N(k)为当前时刻每个桥臂所需导通子模块数目，round()为取整函数，Udc为直流电压，UC为子模块电容电压。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述判断各子模块电容电压是否越限的判断条件为ΔUmax是否大...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，郭裕群，周月宾，傅闯，许树楷，许建中，
申请(专利权)人：华北电力大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11