柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法及系统，采用了最大电压偏差法进行多级功率模块的电压控制，仅需调节最大电压偏差u

【技术实现步骤摘要】
柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法及系统


[0001]本专利技术属于柔性直流输电
，具体涉及一种柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法及系统。

技术介绍

[0002]柔性直流输电是新一代的直流输电系统，可采用两电平或多电平结构。如果采用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑，一般采用6个桥臂的拓扑结构，每个桥臂则面临着数百个功率模块(Power Module,PM)级联的问题。为保证多级功率模块的正常运行，阀控系统需要对模块的电容电压进行控制。可以适当降低电容电压的平衡度、放宽电压波动的范围，以此来降低模块的开关频率、减小换流阀的损耗。
[0003]针对多个模块电容电压，现有的降损耗均压控制主要分为两类：1)虚拟电容电压法，典型的实现方案为保持因子算法，该算法一般需要设定功率模块电压的上下限值、保持因子系数，需设置的参数较多，不利于开关频率的控制。2)最大电压偏差法，典型的实现方案是通过设定电容电压的偏差最大值，以最大电压偏差为界限进行两种脉冲计算方法的切换，从而降低系统的开关频率和运行损耗。
[0004]上述两种方案均已广泛被工程化应用，但一般采用固定参数法对开关频率进行开环控制，当设定一组固定的保持因子或最大电压偏差后，在固定的功率点对应的子模块平均开关频率也随之确定。固定参数法的优点是操作简单、易于实现，缺点是不够精确、依赖于经验，特别是参数选取不当时容易造成开关频率过高或过低，影响器件的运行寿命。

技术实现思路
<br/>[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法及系统，可选择不同的控制目标动态调节开关频率的指令值，将开关频率指令值、开关频率实际值进行PI调节与一阶低通滤波处理，达到精确控制开关频率的目的。
[0006]柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，采用最大电压偏差法进行多级功率模块的电压控制，通过调节最大电压偏差控制值u
set
的大小，对开关频率进行闭环控制；最大电压偏差控制值u
set
由开关频率实际值frq
pm_avg
和开关频率指令值frq
ref
进行PI调节后得到，所述开关频率指令值frq
ref
通过公式(1)计算：
[0007][0008]其中，i
arm
为桥臂电流幅值，u
set0
为最大电压偏差，m为调制度，T为正弦波周期，δ为功率角，A和B均为中间变量。
[0009]进一步的，开关频率实际值frq
pm_avg
＝N
rise
/(N
pm
t
dlt
)；其中，N
rise
为某桥臂所有模块输出电平的上升沿变化次数，N
pm
为某桥臂的正常运行模块数，t
dlt
为统计的间隔时间。
[0010]进一步的，公式(1)中的最大电压偏差控制值u
set
＝g，g为偏差定值。
[0011]进一步的，公式(1)中的最大电压偏差控制值u
set
＝ki
arm
，其中，k为增益系数。
[0012]进一步的，柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1、换流阀系统解锁运行后，获取本次控制周期导通的功率模块数N
on
(k)、正常模块电容电压最大值u
max
和其电容电压最小值u
min
；获取上个控制周期实际反馈的导通的功率模块数Nfed(k-1)，正常模块是指未发生故障处于正常工作状态的模块；
[0014]步骤2、对投入和切除的正常模块按照功率模块的电容电压大小分别进行排序；
[0015]步骤3、判断最大电压偏差实际值(u
max-u
min
)和最大电压偏差控制值u
set
的大小关系：
[0016]当最大电压偏差实际值(u
max-u
min
)≤u
set
时，判断桥臂电流i
arm
是否大于0：
[0017]当i
arm
＞0时，投入电压最低的N
on
(k)个模块；
[0018]当i
arm
≤0时，投入电压最高的N
on
(k)个模块；
[0019]当最大电压偏差(u
max-u
min
)&gt;u
set
时，计算出较上次投入功率模块新增的功率模块导通数N
diff
，
[0020]若N
diff
＝0，则各个功率模块投切状态维持不变；
[0021]若N
diff
＞0，判断桥臂电流i
arm
是否大于0：
[0022]当i
arm
＞0时，投入已切除的电压最低的N
diff
个模块；
[0023]当i
arm
≤0时，投入已切除的电压最高的N
diff
个模块；
[0024]若N
diff
＜0，判断桥臂电流i
arm
是否大于0：
[0025]当i
arm
＞0时，切除已投入的电压最高的N
diff
个模块；
[0026]当i
arm
≤0时，切除已投入的电压最低的N
diff
个模块。
[0027]一种柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制系统，包括开关频率指令值frq
ref
计算模块，开关频率实际值frq
pm_avg
计算模块、控制值计算模块和PI调节器模块，所述开关频率实际值frq
pm_avg
计算模块的输出端和开关频率指令值frq
ref
计算模块的输出端均与控制值计算模块的输入端连接，所述控制值计算模块的输出端与PI调节器模块的输入端连接，所述开关频率实际值frq
pm_avg
计算模块用于计算开关频率实际值frq
pm_avg
，所述开关频率指令值frq
ref
计算模块用于计算开关频率指令值frq
ref
，所述控制值计算模块用于计算开关频率实际值frq
pm_avg
和开关频率指令值frq
ref
之差。
[0028]进一步的，开关频率实际值frq
pm_avg
计算模块和控制值计算模块之间设置有第一一阶低通滤波模块LPF，所述控制值计算模块和PI调节器模块之间设置有第二一阶低通滤波模块LPF。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，其特征在于，采用最大电压偏差法进行多级功率模块的电压控制，通过调节最大电压偏差控制值u
set
的大小，对开关频率进行闭环控制；最大电压偏差控制值u
set
由开关频率实际值frq
pm_avg
和开关频率指令值frq
ref
进行PI调节后得到，所述开关频率指令值frq
ref
通过公式(1)计算：其中，i
arm
为桥臂电流幅值，u
set0
为最大电压偏差，m为调制度，T为正弦波周期，δ为功率角，A和B均为中间变量。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，其特征在于，开关频率实际值frq
pm_avg
＝N
rise
/(N
pm
t
dlt
)；其中，N
rise
为某桥臂所有模块输出电平的上升沿变化次数，N
pm
为某桥臂的正常运行模块数，t
dlt
为统计的间隔时间。3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，其特征在于，公式(1)中的最大电压偏差u
set0
＝g，g为偏差定值。4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，其特征在于，公式(1)中的最大电压偏差u
set0
＝ki
arm
，其中，k为增益系数。5.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统功率模块开关频率闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、换流阀系统解锁运行后，获取本次控制周期导通的功率模块数N
on
(k)、正常模块电容电压最大值u
max
和其电容电压最小值u
min
；获取上个控制周期实际反馈的导通的功率模块数Nfed(k-1)，正常模块是指未发生故障处于正常工作状态的模块；步骤2、对投入和切除的正常模块按照功率模块的电容电压大小分别进行排序；步骤3、判断最大电压偏差实际值(u
max-u
min
)和最大电压偏差控制值u
set
的大小关系：当最大电压偏差实际值(u
max-u
min
)≤u
set
时，判断桥臂电流i
arm
是否大于0：当i
arm
＞0时，投入电压最低的N
on
(k...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡希鹏，任成林，胡雨龙，周竞宇，赵宇，林卫星，郝德娜，
申请(专利权)人：特变电工西安柔性输配电有限公司特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：