[發(fā)明專利]一種靈活的模塊化多電平換流器子模塊電容均壓調(diào)制方法

在審

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• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN104218833A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏向陽;周臻;張貴濤
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采用靈活的分級排序電容均壓控制對模塊化多電平換流器(MMC)進行有效控制，實現(xiàn)了在不同輸電環(huán)境中，直流側(cè)模塊化多電平換流器子模塊電容均壓效果的提高和平均開關(guān)頻率的降低。

背景技術(shù)

隨著能源問題和環(huán)境問題的日益嚴峻，可再生能源發(fā)電越來越得到人們的重視。柔性直流輸電由于其可以工作在無源逆變方式、實現(xiàn)有功和無功的獨立控制及功率的四象限運行、有效地降低系統(tǒng)低次諧波等技術(shù)特點，非常適用于風能、太陽能等清潔能源的傳輸，海上鉆探平臺和孤立小島等無源負荷供電，城市配電網(wǎng)改造等領(lǐng)域。柔性直流輸電的技術(shù)優(yōu)勢隨著拓撲結(jié)構(gòu)的改進和調(diào)制方法的不斷創(chuàng)新也在一步步完善，模塊化多電平換流器(MMC)是現(xiàn)階段柔性直流輸電中最受青睞的拓撲結(jié)構(gòu)，伴隨著研究的深入，一系列新型調(diào)制策略被提出，但由于它們的控制頻率較高，增加了硬件負擔，在現(xiàn)實中可能無法實現(xiàn)；且子模塊頻繁開通和關(guān)斷，增大了換流器的開關(guān)損耗；還可能使各子模塊的開關(guān)頻率不一致，對系統(tǒng)可靠性造成不利的影響。因此在模塊化多電平柔性直流輸電實際工程應(yīng)用中，如何對MMC進行有效控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)有的模塊化多電平換流器控制策略主要有基于空間矢量思路的SVPWM調(diào)制技術(shù)、基于最近電平調(diào)制的子模塊均壓優(yōu)化技術(shù)、基于載波相移的子模塊均壓優(yōu)化技術(shù)等。其中，基于空間矢量思路的SVPWM調(diào)制技術(shù)的主要問題是SVPWM算法會隨電平數(shù)的增加產(chǎn)生數(shù)量及其龐大的冗余矢量，而考慮高壓大功率現(xiàn)場的實際要求，模塊化多電平換流器各橋臂通常由幾十個甚至上百個子模塊級聯(lián)而成，這一方面增加了矢量選擇性的難度，另一方面也增加了算法的復(fù)雜性；基于最近電平調(diào)制的子模塊均壓優(yōu)化技術(shù)，僅在電平變化點以及設(shè)定的額外控制點進行投切控制，以起到降低開關(guān)頻率的目的，但額外控制點的引入，提高了控制頻率，將使電容均壓控制器的控制頻率為非恒定頻率，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度；基于載波相移的子模塊均壓優(yōu)化技術(shù)，僅在PWM波電平變換點進行投切操作，該方法對均壓控制器的控制頻率要求較高，實現(xiàn)有一定難度。本發(fā)明涉及采用了一種靈活的分級排序電容均壓控制對模塊化多電平換流器(MMC)進行有效控制，實現(xiàn)了在不同輸電環(huán)境中，直流側(cè)模塊化多電平換流器子模塊電容均壓效果的提高和平均開關(guān)頻率的降低。具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對模塊化多電平換流器調(diào)制，采用靈活的分級排序電容均壓控制策略，通過基于分級排序電容均壓優(yōu)化方法和載波相移的子模塊均壓優(yōu)化技術(shù)之間的靈活轉(zhuǎn)換，使調(diào)制策略在均壓效果和開關(guān)頻率之間轉(zhuǎn)換和取優(yōu)，提高調(diào)制策略的有效性，在開關(guān)頻率和均壓效果之間折中，具有很大的工程意義。

本發(fā)明提出的靈活的分級排序電容均壓調(diào)制，基于分級排序電容均壓策略和載波相移的子模塊均壓優(yōu)化策略，可以根據(jù)檢測到的子模塊電容電壓信號在兩種控制策略之間自適應(yīng)調(diào)整。動態(tài)過程如下：

1)設(shè)定一個電壓值U_V為橋臂最高電壓和最低電壓之差；

2)子模塊電壓監(jiān)測：對檢測到子模塊電容電壓最高值和最低值相減；

3)模式切換：若電壓差超過設(shè)定電壓差U_V時，模式切換控制器自動選擇基于分級排序電容均壓優(yōu)化法，此時由于分級排序電容均壓優(yōu)化法的均壓效果優(yōu)于基于載波相移電容均壓優(yōu)化法，可使最大電容偏差回歸到設(shè)定范圍內(nèi)；

基于分級排序電容均壓優(yōu)化方法：

在電平變化點不再僅改變處于投入/切除狀態(tài)子模塊的開關(guān)狀態(tài)，而是對處于投入和切除狀態(tài)的子模塊分別進行排序，繼而根據(jù)電平數(shù)的變化以及橋臂電流方向，確定投入以及切除狀態(tài)子模塊所需改變開關(guān)狀態(tài)的個數(shù)，使能量在各子模塊之間的分配更加平均，均壓效果更為理想。

其有益效果是：

本發(fā)明重點研究基于分級排序電容均壓調(diào)制的靈活調(diào)制策略，提供柔性直流輸電系統(tǒng)的新型調(diào)制方案：

(1)基于分級排序電容均壓優(yōu)化方法的使用，使子模塊電容電壓分配更平均，使柔性直流輸電系統(tǒng)可靠性更強；

(2)利用模式切換系統(tǒng)的靈活調(diào)制能在開關(guān)頻率和均壓效果之間折中，既降低了系統(tǒng)開關(guān)頻率，穩(wěn)態(tài)損耗得到有效控制，也使了系統(tǒng)子模塊電容電壓分配更平均，系統(tǒng)可靠性得到進一步加強，具有很大的工程意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利所適用的三相模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)拓撲圖；

圖2是本發(fā)明專利所適用的模塊化多電平換流器子模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明所采用分級排序電容均壓調(diào)制流程圖；