一种基于非线性电流算法的MMC电容均压方法技术

本发明专利技术引进了一种基于非线性电流控制的模块化多电平换流器电容电压均衡方法，包括步骤S1：子模块电容电压均衡计算环节，通过桥臂电流和开关函数求出单个周期内的子模块电容电压；步骤S2：实际子模块电容电压计算环节，在实际的MMC系统中，电容器电压不能完全相同。应考虑到均衡算法，数字控制系统的延迟和电压传感器的采样精度时，在步骤S1基础上加时间权数得到实际子模块电容电压。步骤S3：子模块电容电压差计算环节，子模块电容电压平衡的有效性可以通过比较最大电压和最小电压来量化，利用步骤S2所得到的子模块实际电容来计算子模块的电容电压的变化量。

A voltage sharing method of MMC capacitor based on nonlinear current algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性电流算法的MMC电容均压方法
本专利技术专利涉及一种新型模块化多电平换流器子模块电容均压方法，属于电力

技术介绍
模块化多电平换流器(MMC)广泛应用于柔性高压直流输电，可以使大规模新能源顺利地注入电网系统，具有功率模块数量多、桥臂电流大等特性，但同时也有导致换流阀开关损耗高、开关器件散热困难的缺点。传统排序均压算法功率模块投切为随机过程，开关频率很高，难以满足实际工程需求。通过引进非线性电流控制技术(NLCC)改善了MMC的动态性能。然而，在使用NLCC算法后，子模块的电容电压不能很好地保持平衡。
技术实现思路
为实现模块化多电平换流器子模块电容电压的均衡控制，本专利技术在分析子模块开关电容电压平衡关系的基础上，提出了一种子模块电容电压平衡方法。开断电容的数量根据开关频率公式进行调整。本专利技术提供了一种新型模块化多电平换流器子模块电容电压平衡方法，包括：步骤S1：子模块电容电压均衡计算环节，通过桥臂电流和开关函数求出单个周期内的子模块电容电压；步骤S2：实际子模块电容电压计算环节，在实际的MMC系统中，电容器电压不能完全相同。应考虑到均衡算法，数字控制系统的延迟和电压传感器的采样精度时，在步骤S1基础上加时间权数得到实际子模块电容电压。步骤S3：子模块电容电压差计算环节，子模块电容电压平衡的有效性可以通过比较最大电压和最小电压来量化，利用步骤S2所得到的子模块实际电容来计算子模块的电容电压的变化量。MMC系统处于数字控制之下。当运行稳定时，单个周期内的电容电压为Tk≤t≤Tk+1；iarm是桥臂电流；Si是开关函数.当子模块电容为投入状态时,Si为1；否则Si为0。△uci(Tk+1)为第Tk周期内第i子模块的电容电压的变化量；uarm(0)为初始电容电压值。电容器电压的参数和工作特性如上面四个公式所示。开关性能取决于开关函数Si。因此，输入电容器的概率可以被认为是相等的在实际的MMC系统中，电容器电压不能完全相同。当考虑到均衡算法，数字控制系统的延迟和电压传感器的采样精度时，子模块电容电压应该是其中ει是一个时间权数。为了改善电容器电压平衡，需要减少开关动作的次数。每个桥臂中的电容分为“输入”状态和“切断”状态。切换到“切断”状态的“输入”电容器的数量是△on；切换到“输入”状态的“切断”电容的数量是△off。故有：Δnoff(Tk+1)-△non(Tk+1)＝nref(Tk+1)-nref(Tk)子模块电容电压平衡的有效性可以通过比较最大电压和最小电压来量化Δuc＝uon,max-uoff,min假定电容器X在时间段T0从“截止”切换到“输入”，并在时间段Tx从“输入”切换到“截止”。T0:ux(T0)＝min{ui(T0)∈uoff}Tx:ux(TK)＝max{ui(Tk)∈uon}假设桥臂电流为正,即电容在充电期间θ是AC侧的输出电流和电压之间的相位差.联立公式上述四个公式得合并以上两个公式可得这是一个典型的一阶初始方程，可以通过比例积分控制器进行控制。有益效果传统排序均压算法功率模块投切为随机过程，开关频率很高，难以满足实际工程需求。通过引进非线性电流控制技术(NLCC)改善了MMC的动态性能。然而，在使用NLCC算法后，子模块的电容电压不能很好地保持平衡。本文在分析子模块开关电容电压平衡关系的基础上，提出了一种子模块电容电压平衡方法，开断电容的数量根据开关频率公式进行调整。该均压算法的有效性在Matlab/Simulink上得到验证。附图说明图1是换流器的均压步骤图；图2是非线性电流算法的流程图；图3是改进的换流器的控制框图；图4是有功功率图；图5是无功功率图；图6是直流电压图；图7是直流电流图；图8是A相上桥臂电流图；图9是4个模块的电容均压图；图10是A相上桥臂的平均电容电压图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非线性电流控制的模块化多电平换流器电容电压均衡方法，其特征包括：/n步骤S1：子模块电容电压均衡计算环节，通过桥臂电流和开关函数求出单个周期内的子模块电容电压；/n步骤S2：实际子模块电容电压计算环节，在实际的MMC系统中，电容器电压不能完全相同。应考虑到均衡算法，数字控制系统的延迟和电压传感器的采样精度时，在步骤S1基础上加时间权数得到实际子模块电容电压。/n步骤S3：子模块电容电压差计算环节，子模块电容电压平衡的有效性可以通过比较最大电压和最小电压来量化，利用步骤S2所得到的子模块实际电容来计算子模块的电容电压的变化量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性电流控制的模块化多电平换流器电容电压均衡方法，其特征包括：
步骤S1：子模块电容电压均衡计算环节，通过桥臂电流和开关函数求出单个周期内的子模块电容电压；
步骤S2：实际子模块电容电压计算环节，在实际的MMC系统中，电容器电压不能完全相同。应考虑到均衡算法，数字控制系统的延迟和电压传感器的采样精度时，在步骤S1基础上加时间权数得到实际子模块电容电压。
步骤S3：子模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏向阳，曾荷清，赵昕昕，杨明圣，蔡洁，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43