[發明專利]一種用于級聯式換流器的實時均壓方法

有效

• 申請號: 201210170136.8
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102694465A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 張春朋;莫昕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M3/06
• 分類號: H02M3/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及級聯式換流器的均壓方法，具體涉及一種用于級聯式換流器的實時均壓方法。

背景技術

級聯式換流器是用多個子換流器級聯起來形成高壓換流器的一種電路形式，是高壓大容量電力電子裝置最經常采用的一種技術路線，近年來，級聯式換流器發展迅速，比如半橋級聯式換流器、H橋級聯式換流器、模塊化多電平式換流器、基于變壓器隔離的級聯式換流器，等等。這些換流器有的用于高壓變頻，有的用于無功補償，有的用于柔性直流輸電，有的用于電網潮流控制。

不論級聯式換流器的具體拓撲采用何種形式，通常把每個用于級聯的子換流器稱為“模塊”。每個模塊都有直流側電容器，該電容器上的電壓稱為模塊的“直流電壓”。直流電壓的高低決定了模塊中電力電子器件的安全與否以及模塊的工作性能是否良好。級聯式換流器在運行時，各相所有模塊的直流電壓的總和通常是保持不變的。如果其中某個或多個模塊的直流電壓下降了，那么必然導致其他模塊的直流電壓上升，這種現象叫做“直流電壓失衡”。直流電壓失衡嚴重時，某個或多個模塊的直流電壓會超過限定值，觸發換流器的保護動作，甚至造成該模塊中的電力電子器件失效。因此，要保證級聯式換流器的安全穩定運行，一個重要的前提是各個模塊的直流電壓要時時刻刻保持均衡，稱為“均壓”。

換流器的控制器依靠一定的算法來調整各個模塊中電力電子器件的驅動脈沖，從而調整直流電壓，實現模塊均壓。目前，典型的均壓方法主要包括兩種：

(1)按照一定的規律，輪換各個模塊的脈沖。比如，對于一個模塊級聯數為n的換流器，模塊的編號為k={1,2,…,n-1,n}；那么，每過1個工頻周期，就把當前第k個模塊的脈沖切換給第k+1個模塊(其中第n個模塊的脈沖切換給第1個模塊)；如此輪換不停。

(2)為每一個模塊設置專門的直流電壓控制算法。比如，第k個模塊的直流電壓參考值為u_dc^*(k)，實際直流電壓為u_dc(k)，依靠PI調節器，使得u_dc(k)逐步趨向u_dc^*(k)。

根據各模塊直流電壓達到均衡的速度、精度以及算法的開銷，可以判定均壓方法的優劣。對于上述第(1)種方法，其優點是算法簡單，開銷很低；但是，它每過1個工頻周期才對直流電壓調整一次，均壓速度很慢，往往需要幾十毫秒甚至幾秒；而且，不論均壓情況如何，都按照一定的規律機械的輪換脈沖，有時有助于均壓，有時卻加劇失衡，難以實現良好的均壓精度。對于上述第(2)種方法，其優點是能夠實時的進行均壓控制；但是，隨著模塊級聯數量n的增大，算法開銷也顯著增加，實現的難度增大；此外，均壓速度和精度也受制于PI調節器的特性，且均壓調節過程容易出現超調和振蕩，在暫態過程中電壓失衡有所加劇，危及模塊的運行。

因此，本發明提出一種新的均壓方法，算法簡單、均壓速度快、精度高。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于級聯式換流器的實時均壓方法，具有算法簡單、均壓速度快、精度高的特點。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種用于級聯式換流器的實時均壓方法，對于級聯式換流器中的m個模塊，所述m小于等于模塊級聯總數，在每一個AD周期內，控制器都會獲得m個模塊的直流電壓，記為{u_dc(1),u_dc(2),...,u_dc(m-1),u_dc(m)}；同時，控制器也會為各個模塊生成m個脈沖組合，在m個脈沖組合傳輸給各個模塊之前，在當前AD周期內，進行以下3個步驟：

步驟1：找出直流電壓最高的x個模塊，1≤x＜m，并根據其數值從大到小依次將模塊編號記為k_uH(1),k_uH(2),…,k_uH(x-1),k_uH(x)；找出直流電壓最低的y個模塊，1≤y＜m，并根據其數值從小到大依次將模塊編號記為k_uL(1),k_uL(2),…,k_uL(y-1),k_uL(y)；