[發明專利]一種模塊化多電平換流器功率模塊電容電壓均壓方法

有效

• 申請號: 201610058528.3
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105553312B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 李耀華;曲平;李子欣;高范強;王平
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種電力系統的模塊化多電平變流器的功率模塊電容電壓均壓方法。

背景技術

基于MMC(modular multilevel converter，模塊化多電平換流器)技術的換流器技術得到了廣泛的關注。一般基于MMC技術的橋臂參考電壓一般為正弦波形，基波頻率為工頻。參考電壓波形為梯形波時，可以降低模塊的開關頻率，從另一角度看，交流基波的頻率可以為中高頻，從而減小了電容電感元件的體積。

對于模塊化多電平換流器，交流基波頻率為工頻時，功率模塊的開關頻率為基波頻率的幾十倍到上百倍，當交流基波頻率為中高頻時，因為散熱和硬件資源的限制，減小功率模塊開關頻率尤為重要。當交流側系統不對稱運行或者上下橋臂電路參數有差異時，會出現上下橋臂功率模塊電容電壓發散的情況。

發明內容

本發明的目的是克服現有交流系統不對稱運行和上、下橋臂電路參數有差異時，上、下橋臂功率模塊電容電壓發散的問題，提出一種模塊化多電平變流器功率模塊電容電壓的均壓方法。本發明應用于參考電壓波形為梯形波的模塊化多電平換流器，可以減小一個基波周期內功率模塊電容電壓排序的次數，降低對控制硬件資源的要求。另外本發明還降低了功率模塊的開關頻率，實現了橋臂內和橋臂間的功率模塊電容均壓。

本發明控制方法如下：

1、在一個基波周期內橋臂參考電壓波形在斜坡上升的開始時刻，對本橋臂的N+m₁+M個功率模塊按照其電容電壓值排序，根據上升的開始時刻通過本橋臂的電流方向，決定N個功率模塊投入的先后順序，N為大于零的整數。

如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容充電的方向，則選擇電容電壓最小的N個功率模塊，按照其電容電壓值從小到大的順序依次投入；如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容放電的方向，則選擇電容電壓最大的N個功率模塊，按照其電容電壓值從大到小的順序依次投入。

2、在一個基波周期內橋臂參考電壓波形平頂階段的某個時刻開始，對橋臂間功率模塊電容進行均壓。首先計算本橋臂的功率模塊電容電壓平均值U_self和與本橋臂通過橋臂電感連接的另一橋臂的功率模塊電容電壓平均值U_other，對本橋臂功率模塊按照其電容電壓值排序，根據本橋臂的功率模塊電容電壓平均值U_self和另一橋臂的功率模塊電容電壓平均值U_other的關系，以及通過本橋臂的電流方向，決定投入功率模塊的個數。

投入功率模塊個數的選擇方法如下：

(1)若U_self>k₁×U_other,如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容放電的方向，則電容電壓最大的N+m₁個功率模塊投入工作，如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容充電的方向，則電容電壓最小的N-m₂個功率模塊投入工作；

(2)若U_self<k₂×U_other,如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容充電的方向，則電容電壓最小的N+m₁個功率模塊投入工作，如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容放電的方向，則電容電壓最大的N-m₂個功率模塊投入工作；

(3)若k₂×U_other≤U_self≤k₁×U_other,如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容充電的方向，則電容電壓最小的N個功率模塊投入工作，如果本橋臂電流的方向是對功率模塊電容放電的方向，則電容電壓最大的N個功率模塊投入工作；

其中，k₁≥1，k₂≤1，k₁為基波周期內橋臂參考電壓波形平頂階段多投入的m₁個或少投入m₂個功率模塊的電壓比較閾值上限的系數，k₂為基波周期內橋臂參考電壓波形平頂階段多投入m₁個或少投入的m₂個功率模塊的電壓比較閾值下限的系數。

當橋臂間功率模塊電容均壓結束，對本橋臂功率模塊按照其電容電壓值進行排序，根據此時刻通過本橋臂的電流方向決定投入的N個功率模塊：