一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法技术

本发明专利技术属于高压直流输电领域和直流故障穿越技术领域，涉及一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法。本发明专利技术卸荷方法涉及的主电路结构由一个多电平桥臂与卸荷电阻构成。其中，多电平桥臂可以输出连续可调的电压，从而实现对于卸荷电阻上电压和功率的控制。桥臂通过交替输出正负电压，保证流入桥臂的平均功率为0，保证电容电压在额定值附近波动。卸荷电路采用方波控制，方波的正电平值和正电平的占空比由卸荷功率控制器与桥臂平均功率控制器决定。根据方波参考波生成脉冲控制信号。本发明专利技术的卸荷方法简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法
本专利技术属于高压直流输电领域和直流故障穿越
，尤其涉及一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法。
技术介绍
直流卸荷电路在端对端柔直系统中发挥了重要作用。在柔直系统中，一旦受端交流系统发生故障，受端交流功率将会无法送出，而送端的直流功率调节时间较长，在故障发生后一段时间内仍然维持原有输送功率，这将会在受端换流站的直流侧产生功率盈余。在柔直系统受端换流站直流侧安装卸荷电路可以快速消耗盈余功率，保护直流系统设备，避免因过压而产生损坏。现有的直流模块化多电平卸荷电路中，基于普通全桥子模块或单向电流型全桥子模块的块化多电平卸荷电路，具有结构简单、容易实现多电平、功率控制速率快等优点。通过控制子模块电容的投切，改变桥臂输出电压，控制加在卸荷电阻上的电压，从而实现对于电阻上卸荷功率的控制。在电容投入桥臂时，桥臂电流流过电容，产生电容电压的变化。为保证模块电容电压在额定值附近，必须使子模块电容在充电与放电过程之间不断切换。已有的卸荷技术采用正弦波卸荷，虽然也可以实现多电平运行，但是正弦波有幅值和频率两个维度的控制量，控制起来相对复杂。另外，采用正弦波控制时，器件的最大电流不能人为控制，只能由在运行时的卸荷电路自动调节，因此，选择器件时需要选择电流裕度很高的器件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，对已有的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法进行改进，以保证实现模块化多电平卸荷电路的卸荷效果的同时，维持模块电容的充放电均衡。本专利技术提出的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，包括以下步骤：(1)建立一个模块化多电平卸荷电路的卸荷模型，卸荷模型的表达式为：ak2+bk+c＝0，其中，Pbase是直流模块化多电平卸荷电路卸荷功率的基值，Pbase＝U2dc/R，R是卸荷电阻，设计直流系统时给定，为已知量；Udc是直流模块化多电平卸荷电路的额定直流电压，设计直流系统时给定，为已知量；P*brake_ref是以Pbase为基值下，归一化之后的卸荷功率参考值，P*arm_ref是以Pbase为基值下，归一化之后的多电平桥臂功率参考值；A是直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的负电平系数，A＝Uneg/Udc，Uneg是卸荷电路额定输出负电平；k为直流模块化多电平卸荷电路的正电平系数，k＝Upos/Udc，Upos为卸荷电路输出正电平；(2)利用下式，计算直流模块化多电平卸荷电路的正电平的占空比d：(3)设定一个在0-1之间连续变化的三角波，将步骤(2)的占空比d与三角波的取值比较，若占空比d的取值大于三角波的取值，则使直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的参考波取值为kUdc，若占空比d的取值小于或等于三角波的取值，则使直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的参考波取值为-AUdc；(4)设直流模块化多电平卸荷电路的桥臂子模块额定电压为Uc，Uc在设计该电路时给定，为已知量，利用下式，计算得到投入直流模块化多电平卸荷电路桥臂的子模块数n：其中，round(·)表示四舍五入，当步骤(3)中产生的参考波为正时，则使直流模块化多电平卸荷电路中的n个子模块输出正电压，当步骤(3)中产生的参考波为负时，则使电路中的n个子模块输出负电压，(5)将步骤(4)产生的子模块数n输入到直流模块化多电平卸荷电路的外围电路中的脉冲信号生成电路，脉冲信号生成电路生成脉冲控制信号，用于控制模块化多电平集中卸荷电路中n个子模块的绝缘栅极双极型晶体管的开断，实现直流模块化多电平卸荷电路的卸荷。本专利技术提出的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，其特点和优点是：本专利技术的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，根据当前的直流电压闭环控制或系统级控制产生的卸荷功率参考值，以及电容电压平均值的闭环控制产生的功率偏移值，计算得出当前桥臂输出方波的正电平值以及占空比。再根据方波正电平值及占空比，产生桥臂输出电压的参考波。通过阀控制器的控制产生功率器件的开关脉冲，控制桥臂的输出电压。本专利技术的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，可以在保证卸荷功率跟随功率给定值的前提下，同样使子模块电容电压平均值维持在电压额定值附近，控制过程简单可靠，可以方便实现对于模块化多电平集中电阻卸荷电路的控制。而且本专利技术可以大幅降低卸荷电路的开关器件用量，同时采用简单的控制结构，大幅降低装置的成本与体积。附图说明图1是本专利技术提出的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法流程框图。图2是本专利技术方法适用的模块化多电平集中电阻卸荷电路的主电路示意图。图3是图2所示的主电路中子模块的电路示意图，其中，(a)为普通全桥子模块电路，(b)为单向电流型全桥子模块电路。图4是本专利技术卸荷方法中对应的桥臂输出电压示意图。具体实施方式本专利技术提出的直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：(1)建立一个模块化多电平卸荷电路的卸荷模型，卸荷模型的表达式为：ak2+bk+c＝0，其中，Pbase是直流模块化多电平卸荷电路卸荷功率的基值，Pbase＝U2dc/R，R是卸荷电阻，设计直流系统时给定，为已知量；Udc是直流模块化多电平卸荷电路的额定直流电压，设计直流系统时给定，为已知量；P*brake_ref是以Pbase为基值下，归一化之后的卸荷功率参考值，P*arm_ref是以Pbase为基值下，归一化之后的多电平桥臂功率参考值；A是直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的负电平系数，A＝Uneg/Udc，Uneg是卸荷电路额定输出负电平；k为直流模块化多电平卸荷电路的正电平系数，k＝Upos/Udc，Upos为卸荷电路输出正电平；(2)利用下式，计算直流模块化多电平卸荷电路的正电平的占空比d：(3)设定一个在0-1之间连续变化的三角波，将步骤(2)的占空比d与三角波的取值比较，若占空比d的取值大于三角波的取值，则使直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的参考波取值为kUdc，若占空比d的取值小于或等于三角波的取值，则使直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的参考波取值为-AUdc；如附图4中的直流模块化多电平桥臂的输出电压所示。(4)设直流模块化多电平卸荷电路的桥臂子模块额定电压为Uc，Uc在设计该电路时给定，为已知量。利用下式，计算得到投入直流模块化多电平卸荷电路桥臂的子模块数n：其中，round(·)表示四舍五入，当步骤(3)中产生的参考波为正时，则使直流模块化多电平卸荷电路中的n个子模块输出正电压，当步骤(3)中产生的参考波为负时，则使电路中的n个子模块输出负电压，(5)将步骤(4)产生的子模块数n输入到直流模块化多电平卸荷电路的外围电路中的脉冲信号生成电路，脉冲信号生成电路生成脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)建立一个模块化多电平卸荷电路的卸荷模型，卸荷模型的表达式为：/nak

【技术特征摘要】
1.一种直流模块化多电平卸荷电路的卸荷方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)建立一个模块化多电平卸荷电路的卸荷模型，卸荷模型的表达式为：
ak2+bk+c＝0，












其中，Pbase是直流模块化多电平卸荷电路卸荷功率的基值，Pbase＝U2dc/R，R是卸荷电阻，设计直流系统时给定，为已知量；Udc是直流模块化多电平卸荷电路的额定直流电压，设计直流系统时给定，为已知量；P*brake_ref是以Pbase为基值下，归一化之后的卸荷功率参考值，P*arm_ref是以Pbase为基值下，归一化之后的多电平桥臂功率参考值；A是直流模块化多电平卸荷电路中多电平桥臂电压的负电平系数，A＝Uneg/Udc，Uneg是卸荷电路额定输出负电平；k为直流模块化多电平卸荷电路的正电平系数，k＝Upos/Udc，Upos为卸荷电路输出正电平；
(2)利用下式，计算直流模块化多电平卸荷电路的正电平的占空比d：

【专利技术属性】
技术研发人员：李政轩，宋强，曾嵘，余占清，赵彪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11