一种MMC阀组及其投退时子模块均压控制方法技术

本发明专利技术涉及一种MMC阀组及其投退时子模块均压控制方法，当阀组投入和/或退出时，给定相应的环流控制指令值，接着与对应的环流实测值进行误差计算，经过处理后生成三相调制波调整量，然后分别叠加至对应相的上桥臂和下桥臂的调制波上，形成对应桥臂最终的调制波，根据最终的调制波生成对应桥臂子模块的触发脉冲信号，以对对应桥臂子模块进行触发控制。因此，通过上述控制过程能够在阀组投入和/或退出过程中控制阀组相间产生一定的交变环流，而在其余工况下控制相间环流为零，而且，在阀组内全桥子模块占比较低时依然能够保证阀组投入和/或退出过程中各类子模块的电压均衡，能够有效降低投入成本，具备较强的实用性和经济性。

A pressure equalizing control method of MMC valve group and its sub modules when it is on or off

【技术实现步骤摘要】
一种MMC阀组及其投退时子模块均压控制方法
本专利技术涉及一种MMC阀组及其投退时子模块均压控制方法。
技术介绍
随着现代电网的快速发展及电力电子技术的更新换代，基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)技术的柔性直流输电系统取得了长足进步。MMC具有可独立控制有功和无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等诸多优点，同时，MMC还具备开关频率较低、开关损耗小、无需交流滤波器组和扩展性强等优点，这使得MMC逐步实现了工程应用，并可以运用在高直流电压、大功率输电的场合。目前，受开关器件耐压水平和控制系统设计难度等限制，MMC应用于特高压直流系统时，多采用两个阀组串联运行的结构形式。如图1所示，图中给出一个双端特高压混合直流系统单级系统，其中，送、受端换流站均为由两个阀组串联构成的高低阀组拓扑结构，其中LCC11和LCC12分别为送端高阀组和低阀组，为晶闸管相控换流阀；MMC21和MMC22分别为受端高阀组和低阀组，为模块化多电平换流阀。每个阀组直流侧均含有一套直流开关，用于投入或切除该阀组。这两个MMC均为由全桥子模块和其他类型的子模块构成的混合子模块式MMC，其中，其他类型的子模块为半桥子模块和/或钳位双子模块。为了增加系统运行灵活性和可靠性，单阀组的自动投入/退出控制成为重要的控制环节。单阀组的自动投入控制包含阀组直流电压和直流功率的逐步建立，在直流电压和直流功率建立之初，待投入的阀组需要运行于如下特殊工况下：零直流电压/低直流电压，以及高直流电流和零交流电流/低交流电流。同样的，单阀组的自动退出控制也涉及此特殊运行工况。为了适应零直流电压/低直流电压工况，MMC一般采用混合拓扑结构，即如上文所述，由全桥子模块和其他类型的子模块构成，其他类型的子模块为半桥子模块和/或钳位双子模块，且MMC单个桥臂中全桥子模块配比需至少达到50％以满足桥臂负压需求。此外考虑到上述高直流电流和零交流电流/低交流电流的特殊工况，此时桥臂电流会持续为正或负，半桥子模块参与调制必然导致持续充放电，形成全桥与半桥两类子模块的电压不均，甚至造成子模块过、欠压。以下以高端阀组(阀组MMC21)投入工况为例来进行分析。而对于退出工况，由于它是投入工况的逆过程，故不再进行分析，且此处主要对受端换流站的投入过程进行说明。阀组MMC21投入过程包括三个阶段：1)投入前，仅低端阀组(阀组MMC22)运行，此时直流开关设备中的旁路刀闸BPI、隔离开关Q1、Q2以及高速旁路开关BPS的状态分别为1、0、0、0，其中，1代表开关合闸，0代表开关分闸；2)投入初期，在MMC零直流电压运行状态下，通过直流开关设备的操作，使得直流线路电流由旁路刀闸BPI逐渐转移至阀组MMC21，最终旁路刀闸BPI、隔离开关Q1、Q2以及高速旁路开关BPS的状态分别为0、1、1、0；3)此后，阀组MMC22逐渐抬升直流电压及有功功率直至正常运行水平。在上述阶段3)的前期，阀组MMC22的直流电压为较低数值，直流电流为直流线路电流Idc(自直流正母线流入阀组MMC22为正方向)。以A相为例，其阀侧交流电流为(流入换流器为正方向)，该交流电流由直流功率和交流电压决定，由于交流电压基本固定，直流功率较低，因此交流电流为较低数值，其中Iac为电流幅值，ω为角频率，为相位。当1/3|Idc|＞1/2Iac时，阀组MMC22的A相上、下桥臂电流则为并且恒定为正。在上述这样的桥臂电流作用下，阀组MMC22的全桥子模块可通过输出正、负交替电平进行自身电容的均压控制；但对于阀组MMC22而言，正向的桥臂电流则会造成桥臂中的半桥子模块持续充电，同样会引起子模块电压失衡甚至过压故障。此后，随着阀组MMC22有功功率的逐渐抬升，会出现1/3|Idc|＜1/2Iac的工况，桥臂电流出现正、负交替，此时，阀组MMC22中电压升高的半桥子模块则会迅速放电，由此导致阀侧电压突变，进而产生交流电流、桥臂电流等冲击。针对以上问题，现有的解决方法是提高桥臂中的全桥子模块数目以减少单阀组投入/退出过程中除全桥子模块外其余子模块参与调制的时间，从而减轻子模块电容充、放电程度和电压失衡度，进而降低电流冲击。然而，基于此方法，在保障设备安全的要求下，目前业界推荐的全桥子模块占比高达80％之多，相比于正常情况下50％的全桥子模块占比，必然导致设备成本的极大增加。鉴于单阀组投入/退出是系统运行的小概率工况，因此上述解决方案使得直流系统的经济性大幅降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MMC阀组及其投退时子模块均压控制方法，用以解决通过提高桥臂中的全桥子模块的数目以保证各子模块的电压均衡的方式的投入成本较高的问题。为实现上述目的，本专利技术包括以下技术方案：一种MMC阀组投退时子模块均压控制方法，包括以下步骤：(1)当阀组投入和/或退出时，给定相应的环流控制指令值；(2)环流控制指令值与对应的环流实测值进行误差计算，两者的误差值经过处理后生成三相调制波调整量；(3)将生成的三相调制波调整量分别叠加至对应相的上桥臂和下桥臂的调制波上，形成对应桥臂最终的调制波，根据最终的调制波生成对应桥臂子模块的触发脉冲信号，以对对应桥臂子模块进行触发控制。当阀组投入和/或退出时，通过环流控制指令值和环流实测值进行误差计算，并根据误差值得到三相调制波调整量，将生成的三相调制波调整量分别叠加至对应相的上桥臂和下桥臂的调制波上，形成调整后的调制波，根据调整后的调制波生成对应桥臂子模块的触发脉冲信号，以对对应桥臂子模块进行触发控制。因此，通过上述控制过程能够在阀组投入和/或退出过程中控制阀组相间产生一定的交变环流，而在其余工况下控制相间环流为零，在该交变环流的作用下可以保证桥臂中的各类子模块的电压均衡，而且，该控制方法与阀组内全桥子模块的占比无关，因此，即便阀组内全桥子模块的占比比较低时，也不会影响该控制方法的正常实施，那么，在阀组内全桥子模块占比较低时依然能够保证阀组投入和/或退出过程中各类子模块的电压均衡，也就无需投入过多的全桥子模块，能够有效降低投入成本，节约设备成本，具备较强的实用性和经济性。进一步地，环流控制指令值分为D轴环流控制指令值和Q轴环流控制指令值，环流实测值分为D轴环流实测值和Q轴环流实测值，D轴环流控制指令值与D轴环流实测值做差后生成D轴环流差值，所述D轴环流差值经过比例积分调节后得到DQ/abc反变换的D轴输入量；Q轴环流控制指令值与Q轴环流实测值做差后生成Q轴环流差值，所述Q轴环流差值经过比例积分调节后得到DQ/abc反变换的Q轴输入量；D轴输入量和Q轴输入量经过DQ/abc反变换后输出所述三相调制波调整量。通过对D轴环流和Q轴环流分别进行控制，然后将这两个控制过程进行结合，生成三相调制波调整量，能够提升控制可靠性。进一步地，采集原始的环流实测值，经过abc/DQ变换后生成所述D轴环流实测值和Q轴环流实测值。对原始的环流实测值进行abc/DQ变换后能够有效生成D轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC阀组投退时子模块均压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)当阀组投入和/或退出时，给定相应的环流控制指令值；/n(2)环流控制指令值与对应的环流实测值进行误差计算，两者的误差值经过处理后生成三相调制波调整量；/n(3)将生成的三相调制波调整量分别叠加至对应相的上桥臂和下桥臂的调制波上，形成对应桥臂最终的调制波，根据最终的调制波生成对应桥臂子模块的触发脉冲信号，以对对应桥臂子模块进行触发控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种MMC阀组投退时子模块均压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)当阀组投入和/或退出时，给定相应的环流控制指令值；
(2)环流控制指令值与对应的环流实测值进行误差计算，两者的误差值经过处理后生成三相调制波调整量；
(3)将生成的三相调制波调整量分别叠加至对应相的上桥臂和下桥臂的调制波上，形成对应桥臂最终的调制波，根据最终的调制波生成对应桥臂子模块的触发脉冲信号，以对对应桥臂子模块进行触发控制。


2.根据权利要求1所述的MMC阀组投退时子模块均压控制方法，其特征在于，环流控制指令值分为D轴环流控制指令值和Q轴环流控制指令值，环流实测值分为D轴环流实测值和Q轴环流实测值，D轴环流控制指令值与D轴环流实测值做差后生成D轴环流差值，所述D轴环流差值经过比例积分调节后得到DQ/abc反变换的D轴输入量；Q轴环流控制指令值与Q轴环流实测值做差后生成Q轴环流差值，所述Q轴环流差值经过比例积分调节后得到DQ/abc反变换的Q轴输入量；D轴输入量和Q轴输入量经过DQ/abc反变换后输出所述三相调制波调整量。


3.根据权利要求2所述的MMC阀组投退时子模块均压控制方法，其特征在于，采集原始的环流实测值，经过abc/DQ变换后生成所述D轴环流实测值和Q轴环流实测值。


4.根据权利要求2或3所述的MMC阀组投退时子模块均压控制方法，其特征在于，在阀组投入和/或退出时，环流幅值满足以下不等式：



其中，Iloop_d_ref为D轴环流控制指令值，Iloop_q_ref为Q轴环流控制指令值，Idc为阀组投入和/或退出前阀组的直流线路电流。


5.一种MMC阀组，包括MMC阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚为正，行登江，王先为，刘欣和，张浩，马焕，刘庆时，贾东强，
申请(专利权)人：西安许继电力电子技术有限公司，许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，国家电网有限公司，国网河南省电力公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61