[發明專利]模塊化多電平換流器快速電壓均衡控制方法

有效

• 申請號: 201410283345.2
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104038052A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 王西田;喻鋒
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種電網智能控制技術領域的方法，具體是一種基于平均值比較的模塊化多電平換流器快速電壓均衡控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，電壓源型換流器(voltage?source?converter,VSC)開始應用于高壓直流(high?voltage?direct?current,HVDC)輸電領域。電壓源型換流器高壓直流(VSC‐HVDC)輸電可以對有功功率、無功功率獨立控制，控制方式靈活多變。現有VSC‐HVDC存在多種拓撲結構，兩電平和三電平的VSC‐HVDC受電平數的限制，必須使用脈寬調制(pulse?width?modulation,PWM)技術，器件開關頻率高、損耗大；而且為了提高系統的耐壓，需要多個開關器件串聯分壓，這也帶來了開關器件動作一致性及均壓等問題。模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter，MMC)通過子模塊(sub?modular，SM)串聯的方法，避免了大量開關器件的直接串聯，而且MMC易于通過電壓均衡控制策略實現均壓。

對于級聯結構的MMC，如何保證各子模塊懸浮電容器的電壓均衡是MMC控制系統設計需要考慮的主要問題之一，因而得到了廣泛的研究?，F有關于電壓均衡控制文獻可以分為三類：第一類為基于電容電壓排序的平衡算法，該類策略因其原理清晰、實現簡單，為大多數文獻所采用。該類策略研究主要目的為減小開關動作的頻率及損耗；第二類通過為子模塊增加獨立的控制系統以實現電容電壓穩定控制；第三類通過控制觸發方波脈沖的生成形式，實現直流電容存儲能量的均衡?；陔娙蓦妷号判虻碾妷壕饪刂扑惴ㄐ枰獙Σ杉降碾娙蓦妷哼M行實時測量和排序。隨著MMC‐HVDC傳輸容量的提升，單個橋臂串聯的子模塊也需相應的增加。由西門子公司承建的MMC‐HVDC工程TRANS?BAY?CABLE?Project，額定容量為200MW，單個橋臂串聯子模塊已達到200個。當電平數較多時該類算法的排序運算占用了大量計算資源，將會降低控制系統的動態特性。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103280990A公開(公告)日2013.09.04，公開了一種模塊化多電平換流器的均壓方法。該均壓方法由閥組內均壓和閥組間均壓兩部分構成，閥組內均壓實現模塊化多電平換流器各個閥組內部的子模塊電壓的均衡，閥組間均壓實現模塊化多電平換流器各個閥組之間的子模塊電壓平均值的均衡。該技術用于平衡模塊化多電平換流器的子模塊電壓，非常適用于模塊化多電平換流器子模塊數量龐大的應用場合，可以大幅降低子模塊電壓排序問題所消耗的時間。但該技術需要對橋臂內的多個閥組內子模塊電容電壓分別排序仍然耗費了大量的計算；且閥組之間電壓的均衡一定程度增加了控制系統的復雜度，難以滿足現有技術應用的需要。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種模塊化多電平換流器快速電壓均衡控制方法，基于電容電壓平均值比較原理，無需對電容電壓進行排序，能夠在較低開關頻率下實現電壓的均衡控制，相比排序而言計算量極小，能夠有效減少因電容電壓排序耗費控制系統的計算資源，提高控制系統的動態響應速度。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

步驟1：換流器各橋臂接受當前控制周期內控制層投入子模塊指令n_on，并保存上一控制周期投入子模塊數目指令n_{on_pre}，對電壓均衡控制算法進行初始化處理，具體為：

1.1)首先對n_on的大小進行判斷，當n_on＝0，則退出橋臂中的所有子模塊；當n_on＝n，則投入該橋臂的所有的子模塊，本次均衡控制結束；當0<n_on<n，則執行步驟1.2)；

1.2)設定的電容電壓越界最大偏差ΔU_{c_max}，計算橋臂內所有子模塊電容電壓平均值U_{c_avg}，對橋臂中所有的子模塊電容電壓與其平均值U_{c_avg}求差，當任一差值的絕對值大于ΔU_{c_max}，則將越界標志F置為1，否則將F置為0，然后執行步驟1.3)；

1.3)當n_on≠n_{on_pre}或者F＝1，則根據平均值比較原理重新計算觸發脈沖，否則保持原有的觸發脈沖不變。