一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法技术

一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法，属于换流器控制领域。本发明专利技术包括设定参考整体均衡度、子模块电容电压上限和子模块电容电压下限；比较当前周期的整体均衡度是否小于参考整体均衡度，若是，采用第一投切策略，若否，采用第二投切策略；将当前子模块电容电压分别与子模块电容电压上限和子模块电容电压下限比较，切除电容电压大于电容电压上限和电容电压小于电容电压下限的子模块。本发明专利技术在控制子模块电容电压均衡的前提下，还可以保证系统具有较低的开关频率，减少了MMC系统中功率变换器的损耗。统中功率变换器的损耗。统中功率变换器的损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法


[0001]本专利技术涉及换流器控制领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法。

技术介绍

[0002]当今电力电子变换器技术得到了飞速的发展，已经逐步成为了电力系统中进行电能变换的核心装置，主要表现在电能的供电、电能的输送以及电能配置等方面。模块化多电平换流器拓扑是2001年由德国学者A.Lesnicar和R.Marqugrdt等人首次提出，经过发展已经展现出极其优越的工程应用前景。模块多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的拓扑结构中子模块级联在一起组成单相桥臂，避免了直接串联后消耗过多功率的问题。因此，该拓扑解决了两电平和三电平在实际运行中开关频率高，系统损耗大等问题，被广泛应用于直流输电及配电工程。MMC由于具有不存在换相失败、可以独立调节有功和无功功率、便于模块化配置、谐波水平低、开关频率低、可向无源系统供电等特点，在各种直流输电、配电工程中得到了广泛应用。
[0003]MMC依靠子模块电容来实现交直流能量的传递，子模块电容电压的均衡是系统稳定运行的必要前提条件。MMC通过对桥臂子模块进行投入或切除的控制得到所期望的正弦波输出波形。最近电平逼近调制法(Nearest Voltage Level Modulation，NLM)是近期研究较为普遍的一种应用MMC调制控制的方法。在MMC中通常需要大量子模块，故使用NLM就可以得到具有很高电平数的输出电压，有较低的谐波畸变率，故在MMC拓扑中得到广泛应用。传统均压控制方法的优点是实现简单，但是该均压算法要求在系统的每个动作时刻都将子模块电容电压值进行严格排序，从而来控制每个模块的开通或者关断，这种频繁的开关动作必然会增加开关损耗，因此有必要对MMC的开关频率开展相应的研究。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法，在能够控制子模块电容电压均衡的前提下，还可以保证系统具有较低的开关频率，减少了MMC系统中功率变换器的损耗。
[0005]本专利技术提供的一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法，所述模块化多电平子模块换流器包括若干子模块，所述控制方法包括：
[0006]S1、定义参考整体均衡度子模块电容电压上限u1和子模块电容电压下限u2；
[0007]S2、比较当前周期的整体均衡度U
max_x
是否小于参考整体均衡度U
max_c
，若是，采用第一投切策略，若否，采用第二投切策略；
[0008]S3、将当前子模块电容电压ui分别与子模块电容电压上限u1和子模块电容电压下限u2比较，切除电容电压大于电容电压上限u1和电容电压小于电容电压下限u2的子模块。
[0009]所述第一投切策略包括：
[0010]对子模块按电压大小进行升序排序；
[0011]计算需要投入的子模块个数m；
[0012]当桥臂电流Iarm＜0时，投入排序序列中后m个子模块；
[0013]当桥臂电流Iarm＞0时，投入排序序列中后m个子模块。
[0014]所述第二投切策略包括：
[0015]对子模块按电压大小进行升序排序；
[0016]计算当前周期的子模块变化量n＝b
‑
a，b为当前周期投入子模块数，a为上一周期投入子模块数；
[0017]当n＜0时，且桥臂电流Iarm＜0时，从已投入的子模块中切除电压值最小的n个子模块；
[0018]当n＜0时，且桥臂电流Iarm＞0时，从已投入的子模块中切除电压值最大的n个子模块；
[0019]当n＞0时，且桥臂电流Iarm＜0时，在已投入的子模块基础上再投入电压值最大的n个子模块；
[0020]当n＞0时，且桥臂电流Iarm＞0时，在已投入的子模块基础上再投入电压值最小的n个子模块；
[0021]当n＝0时，不动作。
[0022]所述当前周期投入子模块数b的确定方法包括：
[0023][0024]式中，U
ref
为子模块电容电压的实际参考值，U
c
为当前子模块电容电压平均值，round为取整函数。
[0025]所述子模块电容电压上限u1为1.1u
s
，所述子模块电容电压下限u2为0.9u
s
。
[0026]步骤S3包括：
[0027]当桥臂电流Iarm＜0时，判断投入子模块是否小于电容电压下限u2，若是，则切除越限子模块并计数为d，从未投入的子模块中选取d个电压最高的子模块投入，若否，不动作；
[0028]当桥臂电流Iarm＞0时，判断投入子模块是否大于电容电压上限u1，若是，则切除越限子模块并计数为o，从未投入的子模块中选取o个电压最低的子模块投入，投入电压最低子模块，若否，不动作。
[0029]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0030]1、本专利技术引入参考整体均衡度，对当前周期的整体均衡度和参考整体均衡度比较，根据比较结果采取不同的投切方式，当某一时刻的整体均衡度小于参考整体均衡度即采用传统投切方法，当某一时刻的整体均衡度小大于参考整体均衡度即采用改进控制方法，两种方法结合使系统的输电损耗达到较低的水平；
[0031]2、本专利技术设定了电容电压上下限值，在进行投切操作后，判断此时的电容电压是否超限，，若超过上下限则切除越限的子模块，以保证较高的均压效果。
[0032]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0033]图1是本专利技术一具体实施例中模块化多电平换流器主电路拓扑结构图；
[0034]图2是本专利技术一具体实施例中功率子模块拓扑结构图；
[0035]图3是本专利技术一具体实施例中改进均压算法的流程图；
[0036]图4是本专利技术一具体实施例中MMC采用改进算法与传统算法的电容电压波形对比图，图4a为采用传统均压算法的桥臂各子模块电容电压波形，图4b为采用改进均压算法的各子模块电容电压波形；
[0037]图5是本专利技术一具体实施例中MMC采用改进算法与传统算法的开关频率对比图，图5a为传统算法的平均开关频率，图5b为改进算法的平均开关频率。
具体实施方式
[0038]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述模块化多电平子模块换流器包括若干子模块，所述控制方法包括：S1、定义参考整体均衡度子模块电容电压上限u1和子模块电容电压下限u2；S2、比较当前周期的整体均衡度U
max_x
是否小于参考整体均衡度U
max_c
，若是，采用第一投切策略，若否，采用第二投切策略；S3、将当前子模块电容电压ui分别与子模块电容电压上限u1和子模块电容电压下限u2比较，切除电容电压大于电容电压上限u1和电容电压小于电容电压下限u2的子模块。2.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述第一投切策略包括：对子模块按电压大小进行升序排序；计算需要投入的子模块个数m；当桥臂电流Iarm＜0时，投入排序序列中后m个子模块；当桥臂电流Iarm＞0时，投入排序序列中后m个子模块。3.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述第二投切策略包括：对子模块按电压大小进行升序排序；计算当前周期的子模块变化量n＝b
‑
a，b为当前周期投入子模块数，a为上一周期投入子模块数；当n＜0时，且桥臂电流Iarm＜0时，从已投入的子模块中切除电压值最小的n个子模块；当n＜0时，且桥臂电流Iarm＞0时，从已投入的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕艳玲，李晓伟，滕翀，郝文波，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：