[發明專利]一種模塊化多電平換流器的子模塊電容電壓優化均衡方法

無效

• 申請號: 201310132753.3
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103199719A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 趙成勇;王朝亮;許建中;李探;鄭容皓;白承澤;袁震
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于輸配電技術領域，尤其涉及一種模塊化多電平換流器的子模塊電容電壓優化均衡方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(MMC)已經成功地應用于大功率換流器中,目前主要是應用在高壓直流(HVDC)輸電系統。與傳統基于電壓源換流器的VSC-HVDC相比而言，基于MMC-HVDC的MMC有諸多優點：交流側和直流側的完全控制，直流母線無需電容器，電力電子設備故障時的冗余運行能力，無需濾波器等等。MMC-HVDC技術由于其特有的優點越來越受到重視，其相關技術的研究也漸成為熱點。世界上第一個商業化運行的MMC-HVDC工程是美國的傳斯貝爾（TBC）工程，該工程每個換流器橋臂中有216個子模塊（SM）。而即將于2013年投運的中國大連柔性直流輸電工程，每個橋臂配有高達420個子模塊（雙端共有5040個子模塊）。顯然，MMC直流輸電工程中每個換流器橋臂都有眾多的子模塊（SM），子模塊電容作為MMC的儲能元件，由于電容儲能的波動，其電容電壓必然會存在一定的波動。MMC的橋臂瞬時功率中包含基頻和二倍頻分量，且基頻分量為主，而由于上、下橋臂的基頻分量互為相反數，因此同一相單元內上、下橋臂的瞬時功率波動出現非同步性。綜上可知，使得能量在MMC中均勻分配，實現各個子模塊電容電壓的平衡控制，是MMC工程應用的難點之一。

針對多電平換流器子模塊電容電壓均衡的問題，業界學者提出了多種策略。目前工程較為常用的是所謂的傳統電壓均衡方法，該控制方法指出子模塊SM的電容電壓平衡策略以各橋臂為單位,平衡其內部各子模塊SM的電容電壓，根據各橋臂中每個子模塊SM電容電壓大小的排序以及橋臂電流的方向來判斷各個子模塊的投切狀態。但僅根據電容電壓排序，會造成開關元件頻繁投切，使開關頻率明顯提高。也有文獻對此進行了改進，其改進方法實際上是在電容電壓額定值附近設定一組電壓上、下限，將平衡控制的重點放在電容電壓越限的子模塊上，從而根據越限情況先進行處理后（引入單個保持因子）再排序。

盡管MMC的電壓均衡方法有多種，但都未在衡量電容電壓的同時直接進行開關頻率的衡量，本發明所提出的優化電壓均衡方法既考慮了子模塊SM的電容電壓，又考慮了開關頻率，同時引入雙保持因子和頻率裕度，能夠在保持各子模塊電容電壓大體一致的情況下，有效降低開關頻率，在兼顧到各方的條件下實現MMC電壓的均衡。

發明內容

針對背景技術中提到的目前傳統電壓均衡方法在電壓平衡效果和開關頻率方面存在的問題，本發明提出了一種模塊化多電平換流器的子模塊電容電壓優化均衡方法。

一種模塊化多電平換流器的子模塊電容電壓優化均衡方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1：根據具體的工程實際，設置頻率裕度Δf_{max_ref}的值；

步驟2：接受換流器控制層指令，得到模塊化多電平換流器MMC各個橋臂投入的子模塊SM的數量N_on；

步驟3：分別測得同一橋臂上子模塊的最大開關頻率f_max和最小開關頻率f_min，得到最大頻率偏差Δf_max，即Δf_max=f_max-f_min。

步驟4：判斷最大頻率偏差與頻率裕度的大小關系，當子模塊間的最大開關頻率偏差Δf_max≤Δf_{max_ref}時，執行步驟5；當子模塊間的最大開關頻率偏差Δf_max>Δf_{max_ref}時，執行步驟6；

步驟5：所有的子模塊SM采用雙保持因子排序法進行選通；

步驟6：子模塊SM采用頻率均衡控制方法進行選通。

步驟5中，雙保持因子排序法進行選通的具體過程為：

步驟501：當橋臂電流流向子模塊時，將處于投入充電狀態的子模塊SM的電容電壓乘以一個小于1的保持因子HF1；

步驟502：當橋臂電流流出子模塊時，將處于投入放電狀態的子模塊SM的電容電壓乘以一個大于1的保持因子HF2；

步驟503：按傳統電壓均衡方法進行排序來進行子模塊SM投切的選擇。

步驟6中，頻率均衡控制方法進行選通的具體過程為：

步驟601：選擇最大開關頻率的子模塊SM，維持現在的開關狀態；

步驟602：將最小開關頻率的子模塊的電容電壓乘以1，改變投切狀態；

步驟603：其余的子模塊SM采用雙保持因子排序法進行選通。