模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法及系统，控制方法包括：获取功率模块k的电容电压u

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法及系统


[0001]本专利技术属于柔性直流输电
，特别涉及一种模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着大功率电力电子技术的发展，全控型电力电子器件在直流输电系统中的应用越来越广泛，其中，以电压源换流器为核心的柔性直流输电设备在我国输配电系统中的成功使用，进一步促进了我国输配电技术的发展。
[0003]目前，构成电压源换流器的拓扑结构主要有三种：两电平拓扑、钳位二极管三电平拓扑、模块化多电平拓扑。其中，以模块化多电平拓扑构成的换流器(MMC)因其具备开关频率低、损耗小等优点，已被广泛应用于大功率风力发电、太阳能发电、孤岛供电、海上供电等直流输电系统中，典型的模块化多电平换流器拓扑如图1所示。用于构成MMC的功率模块主要有三种，它们分别是半桥子模块、全桥子模块、箝位双子模块。
[0004]实际工程应用中的半桥子模块如图2所示(i
pc
是模块的直流充电电流，i
c
是流入电容器 C0的电流，i
r
是流过放电电阻R
d
的电流，它是一个常量，i
psk
是流入取能电源的电流)，因具有结构简单、功率器件少、控制算法易于实现、损耗小和系统效率高等优势已经广泛在模块化多电平换流器构成的柔性直流输电系统中。相比于传统的三相H桥换流器，MMC的每一相都由大量的功率模块串联组成，这样拓扑结构容易实现我国电网对高电压、大功率、高功率密度的要求。
[0005]然而大量的功率模块串联也给柔性直流输电系统的启动控制带来了困难。国际标准 IEC62501要求系统在正常工作之前要对每一个功率模块进行至少10分钟的电气特性测试，且测试过程中所有的IGBT必须处于关闭状态。
[0006]因此，在这一过程中良好的静态电压平衡是不可或缺的。为了保持功率模块电容静态电压平衡，实际工程中常常采用一个阻值合适的功率电阻与模块电容器并联来抑制电容电压发散。
[0007]然而，这种方法往往会给系统带来较高的损耗，特别当柔性直流系统由多端MMC构成时，采用并联电阻的方法会给系统带来更多的能量损失，同时也降低了系统的效率。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法及系统，以解决了上述现有技术中，采用一个阻值合适的功率电阻与模块电容器并联来抑制电容电压发散带来的能量损失以及效率降低的技术问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法，包括以下步骤：
[0011]获取功率模块k的电容电压u
ck
；
[0012]判断取能电源输入特性自调节时的电容电压阈值u
q
与电容电压u
ck
的关系；
[0013]根据判断结果，通过自取能电源输入特性自调节信号d
psk
对功率模块k的取能电源的输入特性进行调节控制，间接改变模块化多电平换流器功率模块电容静态电压。
[0014]本专利技术进一步的改进在于：具体包括以下步骤：
[0015]获取功率模块k的电容电压u
ck
；
[0016]判断取能电源输入特性自调节时的电容电压阈值u
q
是否满足：u
q
≤u
ck
；
[0017]如果满足u
q
≤u
ck
，继续判断功率模块k的电容电压u
ck
是否满足：如果满足执行第一操作，如果满足执行第二操作；为功率模块的电容平均电压；
[0018]如果满足u
ck
＜u
q
执行第二操作；
[0019]所述第一操作为：通过自取能电源输入特性自调节信号d
psk
对功率模块k的取能电源的输入特性进行调节控制；
[0020]所述第二操作为：控制功率模块k的取能电源的自取能电源输入特性自调节信号d
psk
为逻辑低电平，取能电源处于正常工作状态。
[0021]本专利技术进一步的改进在于：所述自取能电源输入特性自调节信号d
psk
具有固定开关频率和占空比。
[0022]本专利技术进一步的改进在于：自取能电源输入特性自调节信号d
psk
的固定开关频率f
p
和占空比D
p
为：
[0023][0024]其中，T
p
为取能电源最大暂停工作时间。
[0025]本专利技术进一步的改进在于：取能电源最大暂停工作时间T
p
，计算方法如下：
[0026][0027]其中，p
so
是取能电源的负载功率，u
com
是负载的最小工作电源，c表示取能电源的输出支撑电容值；u
co
为取能电源输出额定电压。
[0028]本专利技术进一步的改进在于：所述电容电压阈值u
q
的计算方法：
[0029]本专利技术进一步的改进在于：所述功率模块的电容平均电压的计算方法：
[0030]代表每个MMC桥臂模块个数，u
c1
、u
c2
……
u
cN
分别表示对应的功率模块电容电压。
[0031]模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制系统，包括：
[0032]获取模块，用于获取功率模块k的电容电压u
ck
；
[0033]判断模块，用于判断取能电源输入特性自调节时的电容电压阈值u
q
与电容电压u
ck
的关系；
[0034]调节模块，用于根据判断结果，通过自取能电源输入特性自调节信号d
psk
对功率模块k的取能电源的输入特性进行调节控制，间接改变模块化多电平换流器功率模块电容静态电压。
[0035]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]本专利技术一种模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法及系统，获取功率模块k的电容电压u
ck
；判断取能电源输入特性自调节时的电容电压阈值u
q
与电容电压u
ck
的关系，根据判断结果，通过自取能电源输入特性自调节信号d
psk
对功率模块k的取能电源的输入特性进行调节控制，间接改变模块化多电平换流器功率模块电容静态电压。本专利技术通过自动调节取能电源输入特性，间接改变模块化多电平换流器功率模块电容静态电压，解决了现有技术中，采用一个阻值合适的功率电阻与模块电容器并联来抑制电容电压发散带来的能量损失以及效率降低的技术问题。
[0037]本专利技术的实现不依赖于系统桥臂控制器，模块控制器和任何软件算法，仅由取能电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取功率模块k的电容电压u
ck
；判断取能电源输入特性自调节时的电容电压阈值u
q
与电容电压u
ck
的关系；根据判断结果，通过自取能电源输入特性自调节信号d
psk
对功率模块k的取能电源的输入特性进行调节控制，间接改变模块化多电平换流器功率模块电容静态电压。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：获取功率模块k的电容电压u
ck
；判断取能电源输入特性自调节时的电容电压阈值u
q
是否满足：u
q
≤u
ck
；如果满足u
q
≤u
ck
，继续判断功率模块k的电容电压u
ck
是否满足：如果满足执行第一操作，如果满足执行第二操作；为功率模块的电容平均电压；如果满足u
ck
＜u
q
执行第二操作；所述第一操作为：通过自取能电源输入特性自调节信号d
psk
对功率模块k的取能电源的输入特性进行调节控制；所述第二操作为：控制功率模块k的取能电源的自取能电源输入特性自调节信号d
psk
为逻辑低电平，取能电源处于正常工作状态。3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器电容静态电压平衡控制方法，其特征在于，所述自取能电源输入特性自调节信号d
psk
具有固定开关频率和占空比。4.根据权利要求3所述的模块化多...

【专利技术属性】
技术研发人员：雒龙飞，郝翔，黄浪，赵亮亮，郭博宁，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：