离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法。逆变电路的交流侧是离网型负载，即MMC子模块的电容预充电时，仅能通过直流侧的母线电压完成充电。方法包括：首先，对所有MMC子模块进行第一预设时长的不控预充电；然后，对所有MMC子模块按照电容电压进行排序，按照一定的规则，对所有子模块进行第二预设时长的可控预充电；最后，将系统切换至正常逆变工况，系统整体启动完成。通过上述方法，主要解决了由于MMC子模块的电容额定标称参数不一致而引起预充电完成时电容的电压不一致，以使逆变电路投入正常运行时直流侧会出现较大的浪涌电流，从而影响MMC系统安全以及不利于正常运行过程中MMC子模块的电容的电压均衡控制等问题。

Static voltage balance control method for capacitor voltage of MMC sub module in startup of off grid inverter circuit

The invention discloses a static equalization control method for capacitor voltage of MMC sub-module in starting of off-grid inverting circuit. The AC side of the inverter circuit is an off-grid load, that is, when the capacitor of the MMC sub-module is pre-charged, it can only be charged through the bus voltage of the DC side. The methods include: firstly, uncontrolled pre-charging for the first preset time of all MMC sub-modules; secondly, sorting all MMC sub-modules according to capacitance voltage, and controllable pre-charging for the second preset time of all sub-modules according to certain rules; finally, switching the system to normal inverting condition, and system integrity. Body start up. Through the above-mentioned methods, the inconsistency of capacitor voltage caused by the inconsistency of capacitor rating nominal parameters of MMC sub-module is mainly solved, so that the DC side of inverters will have larger surge current when they are put into normal operation, thus affecting the safety of MMC system and disadvantageous to the MMC sub-module during normal operation. The voltage balance of the capacitor is controlled.

【技术实现步骤摘要】
离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体而言，涉及一种离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)因其具有模块化程度高、扩展性强、输出电能质量高、电压谐波含量少、电压畸变率小等优点，近几年受到国内外学者与工程师的广泛关注，尤其在高压直流输电(HVDC)领域，关于MMC的研究成果颇丰，同时在国内外一些示范工程中已得到应用。另外，随着对MMC结构的逆变电路的研究不断深入，对将来可能应用于电能质量治理、大功率变频调速系统、储能系统等具有借鉴意义。基于模块化多电平换流器(MMC)结构的逆变电路在正常运行之前，首先亟需解决预启动过程中MMC子模块电容电压静态均衡问题。目前对于MMC结构的离网型逆变电路预启动均未考虑如下情况：由于子模块的电容参数存在误差(一般误差值不超过±20％)而引起预充电完成时MMC子模块的电容电压不一致的问题，所以当逆变电路投入正常运行瞬间，直流侧仍然会出现较大的浪涌电流，从而影响MMC系统的安全以及不利于正常运行过程中MMC子模块中电容的电压均衡控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法，以解决由于MMC子模块的电容参数误差而引起预充电完成时MMC子模块的电容电压不一致的问题，以避免逆变电路投入正常运行时直流侧会出现较大的浪涌电流的问题，从而避免影响MMC系统的安全以及不利于正常运行过程中MMC子模块的电容的电压均衡控制等问题。为实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：一种离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法，该控制方法包括以下步骤：步骤一：控制三相逆变电路中每一个MMC子模块中的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，以使所有的电容(C)处于充电状态；步骤二：断开直流开关以使直流母线电压通过限流电阻(R0)施加于所有的电容(C)，断开交流开关以切断与交流负载的连接，以对所有的MMC子模块的电容(C)同时进行不控预充电，其中，不控预充电的时间为第一预设时长；步骤三：接入直流母线电压，通过限流电阻(R0)对三相逆变电路中的电容(C)进行可控预充电，其中，该可控预充电的时间为第二预设时长，且包括以下子步骤：通过电压传感器采集所有MMC子模块的电容(C)的当前电压值，将每一相的各MMC子模块按照对应的当前电压值从小到大进行排序并分为两组，其中，三相逆变电路中任意一相电路的所有电容(C)的数量为2N，当前电压值较小的N个MMC子模块为低电压组，当前电压值较大的N个MMC子模块为高电压组；控制低电压组的MMC子模块处于投入状态，使得对应的电容(C)处于充电状态，即低电压组中的所有MMC子模块的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，控制高电压组的MMC子模块处于切除状态，切除对应的电容(C)充电，即高电压组中的所有MMC子模块的开关管(VT1)关断、开关管(VT2)开通；接入直流母线电压，通过限流电阻(R0)对三相逆变电路中每一相的低电压组的N个MMC子模块的电容(C)进行充电；按照一定的周期或频率重复执行上述各子步骤，以使经过第二预设时长的可控预充电后所有MMC子模块的电容(C)的当前电压值属于预设范围内，其中，所述预设范围为Udc为直流母线电压，ε为电容的电压波动系数，且0<ε<1；步骤四：控制所有MMC子模块的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，以使各电容(C)处于充电状态；步骤五：闭合直流开关和交流开关，以切除限流电阻(R0)，并接入交流负载；步骤六：启动逆变工况程序，使系统进入正常工作状态，系统整体启动完成。在本专利技术实施例较佳的选择中，在上述离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法中，计算第一预设时长的公式包括：(初始条件为:其中，取t0为需要计算的第一预设时长，时间常数为τref＝R0·Ceq_ref，等效电容为Ceq_ref，t为响应时间，不控预充电等效电路的电压响应为电流响应为MMC子模块的电容的电压响应为Cref为电容标称值。在本专利技术实施例较佳的选择中，在上述离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法中，计算第二预设时长的公式包括：其中，取MMC子模块的电容的电压初始值取为t-t0为需要计算的第二预设时长，t0为第一预设时长，Cref为电容标称值，t0为不控充电完成时的时间，t为响应时间，等效电容为C”eq，时间常数τ”＝R0·C”eq，电压响应为电流响应为MMC子模块的电容电压响应为uc”(t)。本专利技术提供的离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法，通过将对电容的充电分为不控预充电阶段和可控预充电阶段，并在可控预充电阶段根据电容的当前电压值进行充电控制，可以避免各电容因参数不一致而在预充电完成后导致各电容的电压不一致的问题，从而避免逆变控制电路在进行逆变工作时因直流侧会出现较大的浪涌电流的问题，进而避免影响MMC系统的安全以及不利于正常运行过程中MMC子模块的电容的电压均衡控制等问题。并且，该方法中控制算法简单，易于实现。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明图1是基于MMC的逆变电路启动控制系统主电路拓扑图；图2是MMC系统子模块电容在不控预充电阶段的等效电路，(a)是预充电过程等效电路；(b)是RC一阶零状态响应电路；图3是MMC系统子模块电容在可控预充电阶段的等效电路，(a)是预充电过程等效电路；(b)是RC一阶全响应电路；图4是基于MMC的逆变电路A相所有子模块电容电压波形；图5是基于MMC的逆变电路直流侧电流波形；图6是基于MMC的逆变电路交流侧负载A相电压波形；图7是基于MMC的逆变电路交流侧负载A相电流波形。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：步骤一：控制三相逆变电路中每一个MMC子模块中的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，以使所有的电容(C)处于充电状态；步骤二：断开直流开关以使直流母线电压通过限流电阻(R0)施加于所有的电容(C)，断开交流开关以切断与交流负载的连接，以对所有的MMC子模块的电容(C)同时进行不控预充电，其中，不控预充电的时间为第一预设时长；步骤三：接入直流母线电压，通过限流电阻(R0)对三相逆变电路中的电容(C)进行可控预充电，其中，该可控预充电的时间为第二预设时长，且包括以下子步骤：通过电压传感器采集所有MMC子模块的电容(C)的当前电压值，将每一相的各MMC子模块按照对应的当前电压值从小到大进行排序并分为两组，其中，三相逆变电路中任意一相电路的所有电容(C)的数量为2N，当前电压值较小的N个MMC子模块为低电压组，当前电压值较大的N个MMC子模块为高电压组；控制低电压组的MMC子模块处于投入状态，使得对应的电容(C)处于充电状态，即低电压组中的所有MMC子模块的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，控制高电压组的MMC子模块处于切除状态，切除对应的电容(C)充电，即高电压组中的所有MMC子模块的开关管(VT1)关断、开关管(VT2)开通；接入直流母线电压，通过限流电阻(R0)对三相逆变电路中每一相的低电压组的N个MMC子模块的电容(C)进行充电；按照一定的周期或频率重复执行上述各子步骤，以使经过第二预设时长的可控预充电后所有MMC子模块的电容(C)的当前电压值属于预设范围内，其中，所述预设范围为...

【技术特征摘要】
1.一种离网逆变电路启动中MMC子模块电容电压静态均衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：步骤一：控制三相逆变电路中每一个MMC子模块中的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，以使所有的电容(C)处于充电状态；步骤二：断开直流开关以使直流母线电压通过限流电阻(R0)施加于所有的电容(C)，断开交流开关以切断与交流负载的连接，以对所有的MMC子模块的电容(C)同时进行不控预充电，其中，不控预充电的时间为第一预设时长；步骤三：接入直流母线电压，通过限流电阻(R0)对三相逆变电路中的电容(C)进行可控预充电，其中，该可控预充电的时间为第二预设时长，且包括以下子步骤：通过电压传感器采集所有MMC子模块的电容(C)的当前电压值，将每一相的各MMC子模块按照对应的当前电压值从小到大进行排序并分为两组，其中，三相逆变电路中任意一相电路的所有电容(C)的数量为2N，当前电压值较小的N个MMC子模块为低电压组，当前电压值较大的N个MMC子模块为高电压组；控制低电压组的MMC子模块处于投入状态，使得对应的电容(C)处于充电状态，即低电压组中的所有MMC子模块的开关管(VT1)开通、开关管(VT2)关断，控制高电压组的MMC子模块处于切除状态，切除对应的电容(C)充电，即高电压组中的所有MMC子模块的开关管(VT1)关断、开关管(VT2)开通；接入直流母线电压，通过限流电阻(R0)对三相逆变电路中每一相的低电压组的N个MMC子模块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙向东，解飞飞，任碧莹，陈桂涛，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61