[發明專利]基于峰值預測的模塊化多電平換流器橋臂間電壓平衡方法

有效

• 申請號: 201410220000.2
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103973088B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 楊文博;許樹楷;宋強;朱喆;劉文華;黎小林;饒宏
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;清華大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于電力電子裝置控制技術領域，特別涉及一種基于峰值預測的模塊化多電平換流器的橋臂間電壓平衡方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有易拓展、有功無功可解耦控制、諧波特性優秀、開關器件損耗小等特點，是柔性直流輸電領域的一種最有應用潛質的電壓源換流器拓撲結構。

模塊化多電平換流器的主要電路如圖1所示。這種換流器由六個橋臂組成，每個橋臂包含一個橋臂電感L_arm和一組子模塊，如圖中虛線框所示。橋臂中的每一個子模塊內都有一個電容和數個電力電子開關，這一電容在換流器運行過程中通過控制保持一個較穩定的直流電壓；同時通過電力電子開關可以改變電容的連接形式，從而在子模塊端口上輸出0電壓或者電容電壓；再通過一個橋臂中多個子模塊的組合，即可合成所需的輸出電壓。記換流器三相交流端口的電壓瞬時值為v_a、v_b、v_c，三相交流端口的電流瞬時值為i_a、i_b、i_c，直流端口的電壓瞬時值為v_dc，換流器內部環流的A相、B相分量瞬時值分別為i_acir、i_bcir(內部環流之和為0，故C相分量為-i_acir-i_bcir，不獨立，不單獨列出)，六個橋臂中各電容電壓之和的瞬時值為v_aucap、v_alcap、v_bucap、v_blcap、v_cucap、v_clcap。

當模塊化多電平換流器處于穩態時，該換流器各個橋臂的電容電壓之和(以下簡稱橋臂電壓)均存在基頻的整數倍頻率的波動，同時各橋臂電壓的直流分量應當是相等的；但在輸出跳變或者不對稱故障等擾動的影響下，各橋臂電壓的直流分量也會出現不一致，此時就需要恢復各橋臂電壓的平衡。這一平衡恢復過程通常是由環流電流實現的。目前對于環流電流的控制主要有兩類方案，一類是不主動生成環流，而是依賴橋臂電容電壓波動產生的環流，同時可以選擇抑制其中不需要的分量；一類是主動按照橋臂電壓不平衡的狀況來生成環流進行平衡。第一類方法的主要問題是橋臂電壓的重新平衡的動態過程是不可控的，有出現過流或過壓的可能。而目前提出的一些第二類方法大多是基于周期平均和各相獨立控制的方案，周期平均(或其它濾波方法)可以消除電容電壓的正常基頻波動對平衡電流計算的干擾，但會導致平衡控制器響應速度的減慢；同時各相獨立控制可能導致最終生成的三相的平衡電流指令之和不為0，導致用于平衡的電流分量流出換流器，使得換流器的外特性受到平衡過程的影響。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基于峰值預測的模塊化多電平換流器的橋臂間電壓平衡方法，本發明可以提升平衡控制器的響應速度，同時可以實現對波動峰值的直接控制、能更好的防止電容過壓；同時對換流器的外特性不會產生影響。

本發明提出的一種基于峰值預測的模塊化多電平換流器的橋臂間電壓平衡方法，其特征在于，該方法循環執行1)～5)的步驟：

1)采集和獲取控制所需要的數據，包括：

1-1)采集換流器交流端口三相電壓瞬時值v_a、v_b、v_c、直流端口電壓v_dc、橋臂電壓v_aucap、v_alcap、v_bucap、v_blcap、v_cucap、v_clcap；

1-2)從鎖相環獲取當前d軸位置wt；

1-3)從交流端口控制器獲取d軸電流和q軸電流參考值i_{d_r}、i_{q_r}；

1-4)獲取換流器橋臂等效電容C_eq和換流器等效連接電抗X_eq，滿足公式(1)，其中C_sbm為子模塊電容，N為每橋臂子模塊數，L_arm為橋臂電感，f為交流系統頻率(公式(1)適用于常規的半橋子模塊型模塊化多電平換流器,對于其它的一些變體拓撲結構，可按相關結構的等效電容和等效連接電抗公式進行計算)；