一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法。本发明专利技术的进步之处在于，以最常采用的最近电平逼近策略作为基础，设计阀段内部及阀段之间的子模块电容均压控制策略，将两者综合在一起形成了双半桥和并联全桥混合子模块的电容电压平衡方法。该方法不依赖于电容电压测量、排序，从而对电容电压监测实时性和控制器运算速度的需求大大降低，不仅继承了灵活的运行特性，而且大大简化控制逻辑，降低了对传感器的要求，有较好的工程应用前景，有望助推混合MMC向更高电压等级、更大容量发展。本发明专利技术所提出的方法对均压控制及半桥和全桥混合子模块拓扑等研究方向的研究者具有重要的参考价值。

A capacitor voltage balancing method based on two half bridge and parallel full bridge hybrid MMC sub modules

【技术实现步骤摘要】
一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法
本专利技术属于输配电
，具体涉及一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法。
技术介绍
作为柔性直流输电的一种拓扑，模块化多电平换流器高压直流输电(ModularMultilevelConverterHVDC，MMC-HVDC)相比传统电网换相直流输电具有无换相失败、谐波特性好、功率独立可控等优势，成为直流输电研究和应用的热点。直流输电中常见MMC子模块拓扑有半桥子模块(Half-bridgeSub-module，HBSM)、全桥子模块(Full-bridgeSub-module，FBSM)和双箝位子模块(ClampedDoubleSub-module，CDSM)等。HBSM器件数量最少，但不具备直流故障处理能力；而以FBSM、CDSM为代表的可处理直流故障型子模块，不同程度存在器件数量多、运行损耗大等不足。为平衡技术经济性，结合MMC的模块化配置特点，子模块混合型MMC(又称混合MMC)应运而生。将两种子模块通过一定数量配比构成混合MMC，使换流器兼顾直流故障处理能力和较好的经济性，在MMC领域具有广阔的应用前景。随着电压等级、传输容量不断提升，混合MMC与传统单一类型子模块MMC面临着类似的难点，子模块器件耐压和通流能力不足的矛盾逐渐凸显。一方面，为解决耐压问题，需要大量子模块级联——在μs级控制周期内，完成每站数千个子模块电容电压的采集监测和排序均衡，对二次系统构成巨大挑战；另一方面，开关器件总流过桥臂全电流，造成的电流应力不能回避。针对MMC均压方法，现有文献多从排序理论、保持因子、分组分层、电压预测、调制与谐波等角度进行改进设计，以降低计算复杂度。但目前存在的均压算法应用于混合MMC时会出现诸如计算复杂度升高，均压效果下降等负面影响。因此，为适应现实工程中的需求，如何实现混合MMC的均压控制，降低计算复杂度，改善均压效果，同时降低对传感器和控制系统的要求是亟需解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法，该平衡方法包括以下几个步骤：步骤1：设新型混合MMC一个桥臂由ND个D-HBSM和NP个P-FBSM组成，共包含(N=2ND+NP)个电容，为(N+1)电平MMC系统。结合2.2节分析，在每个D-HBSM里选取一个电容电压UDi(i=1~ND)参与阀段间均压；此外，选取P-FBSM阀段的一个电容电压UP代表该阀段所有电容电压。由系统级控制生成电压调制波，进一步得到桥臂电压参考波，经最近电平逼调制获得桥臂电平数指令值，设为nON；步骤2：当电平数较低时，优先利用P-FBSM阀段形成含有多个并联电容的子模块段，即nON<0.5NP时，令P-FBSM阀段电平数指令nP=nON，D-HBSM阀段旁路(D-HBSM阀段电平数指令nD=0)；当P-FBSM阀段子模块段内电容数达到2，则与D-HBSM均压情况相同，使D-HBSM参与输出电平，即0.5NP<nON(t)<0.5NP+ND时，令nP=0.5NP、nD=nON-0.5NP；当电平数较大，即nON>0.5NP+ND时，对UP和UDi进行加权排序，赋UP权重为NP、每个UDi权重为2。根据排序结果，结合桥臂电流方向，确定nD与nP的值；步骤3：经阀段间均压获得两个阀段电平数指令后，分别在各自阀段内部进行相应自均压控制。针对D-HBSM阀段，采用简化排序均压方法。以同一子模块的两个电容为一组，对ND个电容电压进行排序，当nD≤ND时，根据排序结果和桥臂电流方向，优先令每个子模块两电容并联输出+UC电平；当nD>ND时，为满足电平输出，按照序列使前(nD-ND)个子模块输出+2UC电平，其余为+UC电平。针对P-FBSM阀段，采取动态分配均压控制，即根据nP最大限度使电容分段并联，优化均压效果。附图说明图1是双半桥和并联全桥混合的MMC拓扑结构图；图2是并联全桥拓扑结构图；图3是双半桥拓扑结构图；图4是双半桥拓扑均压控制示意图；图5是新型MMC阀级控制流程图；图6是混合MMC阀段均压控制流程图。具体实施方式为进一步阐述本专利技术的原理，以下结合附图对专利技术涉及的双半桥和并联全桥混合子模块均压算法进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1为双半桥和并联全桥混合的MMC拓扑结构图。每个桥臂均由一定数目的并联全桥子模块和双半桥子模块产生，在系统运行中，根据运行需求，在均压算法的控制下有规律的投入和切出。图2为并联全桥拓扑结构图，图中可以看到，将两个全桥子模块分列运行，令同一位置的开关器件保持相同的开关动作，相当于将两个子模块并联，提升了系统的通流能力。图3为双半桥拓扑结构图，图中可以看到，将两个反串联双半桥子模块分列运行，令同一位置的开关器件保持相同的开关动作，相当于将两个子模块并联，提升了系统的通流能力。由图4所示，双半桥拓扑可以实现相邻两个电容的并联，以此来实现两个电容的自均压，无需排序，降低了系统的排序运算复杂度；与此同时，该双半桥子模块依旧可以对外部电路输出大小为一个电容电压的电压值，而无需切出电路。此处举例说明本文均压算法的具体实施步骤。设NP与ND均为10：当nON<5时，只投入全桥模块，利用P-FBSM阀段形成含有多个并联电容的子模块段，半桥模块旁路；当5<nON<15时，P-FBSM阀段子模块段内电容数达到2，此时使D-HBSM模块参与输出电平；当nON>15时，对UP和UDi进行加权排序，赋UP权重为NP、每个UDi权重为2。根据排序结果，结合桥臂电流方向，确定nD与nP的值。以上部分为阀段间均压，图6为阀段间均压流程图。针对D-HBSM阀段，采用简化排序均压方法。以同一子模块的两个电容为一组，对10个电容电压进行排序，当nD≤10时，根据排序结果和桥臂电流方向，优先令每个子模块两电容并联输出+UC电平；当nD>10时，为满足电平输出，按照序列使前(nD-10)个子模块输出+2UC电平，其余为+UC电平。针对P-FBSM阀段，采取动态分配均压控制，在此不再赘述。以上为阀段内均压。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法，其特征在于，针对新型子模块拓扑均压特性与传统拓扑不同，不能像传统MMC一样进行全局统一处理的特点，按照“桥臂电平数‑阀段间均压‑阀段内均压”的逻辑提出新型混合MMC的均压控制策略，将均压算法划分为阀段间均压和阀段内均压两个部分；该方法有效地降低了均压算法的计算复杂度，尽可能的发挥系统的自均压特性，提升系统的均压效果；该方法包括以下步骤：步骤1：由系统级控制生成电压调制波，进一步得到桥臂电压参考波，经最近电平逼调制获得桥臂电平数指令值，设为

【技术特征摘要】
1.一种基于双半桥和并联全桥混合的MMC子模块的电容电压平衡方法，其特征在于，针对新型子模块拓扑均压特性与传统拓扑不同，不能像传统MMC一样进行全局统一处理的特点，按照“桥臂电平数-阀段间均压-阀段内均压”的逻辑提出新型混合MMC的均压控制策略，将均压算法划分为阀段间均压和阀段内均压两个部分；该方法有效地降低了均压算法的计算复杂度，尽可能的发挥系统的自均压特性，提升系统的均压效果；该方法包括以下步骤：步骤1：由系统级控制生成电压调制波，进一步得到桥臂电压参考波，经最近电平逼调制获得桥臂电平数指令值，设为nON；步骤2：当电平数较低时，优先利用P-FBSM阀段形成含有多个并联电容的子模块段；当P-FBSM阀段子模块段内电容数达到2，则与D-HBSM均压情况相同，使D-HBSM参与输出电平；当电平数较大，对UP和UDi进行加权排序，赋UP权重为NP、每个UDi权重为2；根据排序结果，结合桥臂电流方向，确定nD与nP的值；步骤3：针对D-HBSM阀段，采用简化排序均压方法；针对P-FBSM阀段，采取动态分配均压控制，即根据nP最大限度使电容分段并联。2.根据权利要求1所述的一种基于双半...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾秀芳，李嘉龙，张继元，石璐，许建中，赵成勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11