混合型制造技术

混合型

【技术实现步骤摘要】
混合型MMC器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法


[0001]混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，属于电力电子

。

技术介绍

[0002]混合型
MMC
因具备直流故障穿越能力已经在柔性直流输电
、
直流配电
、
海上风电并网等高压大功率场合得到了应用，其设备可靠性与功率密度是重点关注问题
。
可靠性方面，温度是导致换流器故障的最重要因素，占设备所有故障因素的
55
％
。
在逆变工况下，半桥子模块下部
IGBT(
以下简称
T2管
)
损耗远大于其它器件，导致其结温远高于其它器件
。
功率密度方面，
MMC
中子模块电容约占子模块体积和重量的
1/2
以上，成本的
1/3
左右
。
子模块电容纹波电压与电容值和体积负相关
。
[0003]针对混合型
MMC
损耗分布优化的问题，与本技术相近的有主动旁路控制方法，通过改变旁路时桥臂电流在子模块的流通路径，即电流由流过
T2管改为流过
SCR
，降低半桥子模块
T2管的损耗；解耦控制方法，通过灵活分配桥臂中所有全桥子模块的输出电压指令值和所有半桥子模块的输出电压指令值在桥臂输出电压指令值的占比，降低半桥子模块
T2管的损耗
。
针对提高功率密度，与本技术相近的有三次谐波电压注入
、
二倍频环流注入以及改变运行调制比降低半桥子模块电容纹波电压
。
[0004]上述技术仅仅关注了可靠性或者功率密度一方面
。
如主动旁路的技术，其对半桥子模块
T2管总损耗及半桥子模块电容纹波电压的影响如图2所示，从图中可以看出主动旁路技术虽降低了
T2管的总损耗，但同时也增加了子模块电容纹波电压，降低了功率密度；如二倍频环流注入技术，其对
T2管总损耗以及电容纹波电压的影响如图3所示，从图中可以看出随着二倍频环流的注入，出现半桥子模块电容纹波电压降低，半桥子模块
T2管总损耗增加的问题，并且由于改变了桥臂电流波形，降低了混合型
MMC
运行可靠性
。
[0005]因此，提出一种兼顾降低半桥子模块
T2管总损耗和抑制半桥子模块电容纹波电压，同时提高可靠性与功率密度的综合优化方法成为一种迫切需求
。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种兼顾减小半桥子模块
T2管总损耗和抑制半桥子模块电容纹波电压的混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法
。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，包括如下步骤：
[0008]S1
通过二倍频环流控制器向桥臂电流中注入幅值为
(2+m
‑
m2)I
dc
/(3*m(1+m))
，初始相位为
‑
π
/2
的二倍频环流；其中，
m
为调制比且其值为
2U
m
/U
dc
，
U
m
为交流测相电压幅值
、U
dc
为直流侧额定电压，
I
dc
为直流侧额定电流；
[0009]S2
以稳态下半桥子模块在桥臂电流为负区间放电的电荷量最小为约束，遍历满足子模块电容电压稳定的全部全桥子模块的输出电压指令值和全部半桥子模块的输出电压
指令值的组合，并计算各种情况下的最大主动旁路半桥子模块个数，选择其中的极大值，记这个值为
N
sur_max
；
[0010]S3
根据
S2
中
N
sur_max
对应的桥臂中所有全桥子模块和所有半桥子模块的电压输出指令值，在
[0,N
sur_max
]区间内，分别计算全桥子模块
T2管总损耗
P
T2F
、
半桥子模块
T2管总损耗
P
T2H
、
全桥子模块电容纹波电压
Δ
u
CF
和半桥子模块的电容纹波电压
Δ
u
CH
；
[0011]S4
以同时满足
P
T2H
>P
T2F
且
Δ
u
CH
>
Δ
u
CF
为约束条件，确定主动旁路半桥子模块个数的综合优化区间，在此区间内建立兼顾降低半桥子模块
T2管总损耗和抑制电容纹波电压的综合优化目标函数，求取同时满足降低半桥子模块
T2管总损耗和抑制电容纹波电压的主动旁路半桥子模块个数
N
sur
的最佳值；
[0012]S5
通过功率环控制器
、
电流环控制器及二倍频环流控制器保证混合型
MMC
的稳定运行，结合锁相环的输出角度，将桥臂输出电压指令值分配到全桥子模块输出电压指令值及半桥子模块输出电压指令值，实现混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化目标
。
[0013]优选的，满足子模块电容电压均衡的所有半桥子模块的输出电压指令值满足：
[0014][0015]其中：
x
为三相中
a、b、c
相，
u
pxref
为
x
相上桥臂输出电压指令值，
u
pxhref
为
x
相上桥臂中所有半桥子模块的输出电压指令值，
F
为桥臂中全桥子模块个数，
U
C
为子模块电容电压额定值，
i
px
为
x
相上桥臂电流，
θ
i1
、
θ
i2
为桥臂电流的过零点；
[0016]x
相上桥臂中所有全桥子模块的输出电压指令值
u
pxfref
满足：
[0017]u
pxfref
＝
u
pxref
‑
u
pxhref
。
[0018]优选的，步骤
S2
中的
N
sur_max
计算式为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1
通过二倍频环流控制器向桥臂电流中注入幅值为
(2+m
‑
m2)I
dc
/(3*m(1+m))
，初始相位为
‑
π
/2
的二倍频环流；其中，
m
为调制比且其值为
2U
m
/U
dc
，
U
m
为交流测相电压幅值
、U
dc
为直流侧额定电压，
I
dc
为直流侧额定电流；
S2
以稳态下半桥子模块在桥臂电流为负区间放电的电荷量最小为约束，遍历满足子模块电容电压稳定的全部全桥子模块的输出电压指令值和全部半桥子模块的输出电压指令值的组合，并计算各种情况下的最大主动旁路半桥子模块个数，选择其中的极大值，记这个值为
N
sur_max
；
S3
根据
S2
中
N
sur_max
对应的桥臂中所有全桥子模块和所有半桥子模块的电压输出指令值，在
[0,N
sur_max
]
区间内，分别计算全桥子模块
T2管总损耗
P
T2F
、
半桥子模块
T2管总损耗
P
T2H
、
全桥子模块电容纹波电压
Δ
u
CF
和半桥子模块的电容纹波电压
Δ
u
CH
；
S4
以同时满足
P
T2H
>P
T2F
且
Δ
u
CH
>
Δ
u
CF
为约束条件，确定主动旁路半桥子模块个数的综合优化区间，在此区间内建立兼顾降低半桥子模块
T2管总损耗和抑制电容纹波电压的综合优化目标函数，求取同时满足降低半桥子模块
T2管总损耗和抑制电容纹波电压的主动旁路半桥子模块个数
N
sur
的最佳值；
S5
通过功率环控制器
、
电流环控制器及二倍频环流控制器保证混合型
MMC
的稳定运行，结合锁相环的输出角度，将桥臂输出电压指令值分配到全桥子模块输出电压指令值及半桥子模块输出电压指令值，实现混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化目标
。2.
根据权利要求1所述的混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，其特征在于：满足子模块电容电压均衡的所有半桥子模块的输出电压指令值满足：其中：
x
为三相中
a、b、c
相，
u
pxref
为
x
相上桥臂输出电压指令值，
u
pxhref
为
x
相上桥臂中所有半桥子模块的输出电压指令值，
F
为桥臂中全桥子模块个数，
U
C
为子模块电容电压额定值，
i
px
为
x
相上桥臂电流，
θ
i1
、
θ
i2
为桥臂电流的过零点；
x
相上桥臂中所有全桥子模块的输出电压指令值
u
pxfref
满足：
u
pxfref
＝
u
pxref
‑
u
pxhref
。3.
根据权利要求2中所述的混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，其特征在于：步骤
S2
中的
N
sur_max
计算式为：其中：
floor
为向下取整函数，
U
o_pos
为桥臂电流为正时的最大桥臂输出电压，
U
C
为子模块电容电压额定值
。4.
根据权利要求1中所述的混合型
MMC
器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，其特征在于：全桥子模块
T2管通态损耗
P
cond,T2F
计算式为：
半桥子模块
T2管通态损耗
P
cond,T2H
计算式为：全桥子模块电容纹波电压
...

【专利技术属性】
技术研发人员：路茂增，苏田田，于丹，赵艳雷，杨金一，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：