桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统，涉及电力系统柔性直流输电技术领域，包括：闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数分配下发至每个桥臂，可以有效避免系统启动充电时各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡问题。不平衡问题。不平衡问题。

【技术实现步骤摘要】
桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统柔性直流输电
，具体为桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统。

技术介绍

[0002]MMC(Modular Multilevel Converter,MMC)模块集成度高，子模块结构简单，采用半/全桥子模块级联的结构，实现了通过使用低电压等级功率器件串联达到增加电平数和等效开关频率的效果，同时达到减小交流谐波和直流侧纹波的要求，并且可以独立调节有功和无功的传输，在直流输电、可再生能源的发电并网等方面有着广阔的应用前景。
[0003]但MMC型换流站子模块数量较多、成本高、占地面积大，电容器作为MMC的重要组成部分，投资成本和重量体积在换流站中占比较大，大量子模块电容串联的结构使得MMC降容程度有限。有人提出桥臂复用型MMC(Arm Multiplexing Modular Multilevel Converter，AM
‑
MMC)结构，通过配置复用桥臂，使得每个相单元的子模块个数减少25％，子模块利用率提高至66.7％，有效的实现了换流器轻型化。
[0004]由于AM
‑
MMC的桥臂复用特性，在仅有闭锁充电的情况下，复用桥臂的充电时长为上、下桥臂的2倍，从而使得闭锁充电结束后复用桥臂子模块电压约为上、下桥臂子模块电压的2倍，上下桥臂子模块电压可能无法达到子模块取能电路的上电电压，从而导致上下桥臂无法受控，系统无法正常解锁。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术解决的技术问题是：如何解决在桥臂复用型MMC启动充电时由于其自身拓扑结构特性导致的各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，包括；
[0009]闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。
[0010]作为本专利技术所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述收集信息包括复用桥臂与上桥臂和下桥臂的复用状态，以及各桥臂的子模块
电容电压平均值状态；通过三相交流网侧相电压大小进行判断系统启动过程中的桥臂复用状态；当a相交流电压最大时，a相为下桥臂复用模式，b、c两相为上桥臂复用模式；当b相交流电压最大时，b相为下桥臂复用模式，a、c两相为上桥臂复用模式；当c相交流电压最大时，c相为下桥臂复用模式，a、b两相为上桥臂复用模式；将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，将数据归一化完成数据预处理。
[0011]作为本专利技术所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述闭锁充电阶段所有桥臂子模块的开关管和桥臂切换开关的开关管都处于闭锁状态，系统通过二极管对电容进行充电，判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压，当子模块电容电压达到上电电压时，则闭锁充电结束，当子模块电容电压未达到上电电压时，则继续通过二极管对电容进行充电。
[0012]作为本专利技术所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述闭锁充电结束后，采用主动均压控制使各桥臂子模块的电容电压均衡，通过减少上下桥臂充电回路中的子模块数量，提升模块分配电压，对等效桥臂的所有子模块电压进行降压排列，均压阶段将电容电压排列在前m个的子模块切除，其余子模块闭锁继续充电，其中m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数。
[0013]作为本专利技术所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述主动均压阶段包括复用桥臂与上桥臂复用以及复用桥臂与下桥臂复用状态；当复用桥臂与上桥臂复用时，计算复用桥臂与上桥臂的子模块电容电压平均值差值U
diffu
＝U
au_ave
‑
U
am_ave
，将U
diffu
通过PI控制器输出变量Pi
u
，令上桥臂切除子模块个数n
u
＝round(m*Pi
u
)，复用桥臂子模块切除数n
m
＝m
‑
n
u
，下桥臂子模块切除数n
d
＝0，其中round()为最近取整函数，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数；当闭锁充电结束时，复用桥臂子模块电容电压大于上桥臂子模块电容电压，此时U
diffu
<0，PI控制器输出的变量Pi
u
值小，主动均压过程中上桥臂的子模块切除数n
u
小于复用桥臂子模块切除数n
m
，使得上桥臂中更多的子模块参与启动充电，迅速减小上桥臂与复用桥臂之间的子模块电容电压差值；当复用桥臂与下桥臂复用时，将复用桥臂与下桥臂的子模块电容电压平均值差值U
diffd
通过PI控制器输出变量Pi
d
，令下桥臂切除子模块个数n
d
＝round(m*Pi
d
)，复用桥臂子模块切除数n
m
＝m
‑
n
d
，上桥臂子模块切除数n
u
＝0。
[0014]作为本专利技术所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：在进行主动均压控制阶段时，通过实时监测各桥臂子模块电容电压的变化，及时调整各桥臂切除的子模块个数，保持电容电压在设定的稳定范围内，根据交流侧三相电压的大小，实时更新复用桥臂的复用状态。
[0015]作为本专利技术所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述判断电容电压是否稳定包括阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数，并分配下发至每个桥臂控制器，所有桥臂单独进行子模块电容电压排序，切除电压高的子模块，电压低的子模块继续充电，当子模块电容电压充至稳态后，切除软启电阻，延时解锁换流器。
[0016]本专利技术的另外一个目的是提供桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动系统，其能通过单独控制桥臂复用型模块化多电平换流器(AM...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于，包括：闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。2.如权利要求1所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述收集信息包括复用桥臂与上桥臂和下桥臂的复用状态，以及各桥臂的子模块电容电压平均值状态；通过三相交流网侧相电压大小进行判断系统启动过程中的桥臂复用状态；当a相交流电压最大时，a相为下桥臂复用模式，b、c两相为上桥臂复用模式；当b相交流电压最大时，b相为下桥臂复用模式，a、c两相为上桥臂复用模式；当c相交流电压最大时，c相为下桥臂复用模式，a、b两相为上桥臂复用模式；将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，将数据归一化完成数据预处理。3.如权利要求2所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述闭锁充电阶段所有桥臂子模块的开关管和桥臂切换开关的开关管都处于闭锁状态，系统通过二极管对电容进行充电，判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压，当子模块电容电压达到上电电压时，则闭锁充电结束，当子模块电容电压未达到上电电压时，则继续通过二极管对电容进行充电。4.如权利要求3所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述闭锁充电结束后，采用主动均压控制使阶段均衡各桥臂子模块的电容电压均衡，通过减少上下桥臂充电回路中的子模块数量，提升模块分配电压，对等效桥臂的所有子模块电压进行降压排列，均压阶段将电容电压排列在前m个的子模块切除，其余子模块闭锁继续充电，其中m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数。5.如权利要求4所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述主动均压阶段包括复用桥臂与上桥臂复用以及复用桥臂与下桥臂复用状态；当复用桥臂与上桥臂复用时，计算复用桥臂与上桥臂的子模块电容电压平均值差值U
diffu
＝U
au_ave
‑
U
am_ave
，将U
diffu
通过PI控制器输出变量Pi
u
，令上桥臂切除子模块个数n
u
＝round(m*Pi
u
)，复用桥臂子模块切除数n
m
＝m
‑
n
u
，下桥臂子模块切除数n
d
＝0，其中round()为最近取整函数，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数；当闭锁充电结束时，复用桥臂子模块电容电压大...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉韬，谈竹奎，冯起辉，陈敦辉，张后谊，吕黔苏，高吉普，齐雪雯，刘斌，梁佩佩，李鑫卓，熊楠，代奇迹，毛钧毅，杨美娟，李道洋，闫鑫，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：