[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于全橋MMC的子模塊電容電壓平衡方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711011868.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107834587B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許建中;張繼元;李嘉龍;石璐;賈秀芳;趙成勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/36
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/36
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種基于全橋MMC的子模塊電容電壓平衡方法。本發(fā)明的有益效果在于，以常用的最近電平逼近調(diào)制為前提，設(shè)計(jì)了全橋子模塊動(dòng)態(tài)分配均壓控制策略，進(jìn)而提出了全橋MMC子模塊電容電壓平衡方法。該方法實(shí)現(xiàn)了無(wú)需子模塊電容電壓的自均壓控制，有效減小了控制器的計(jì)算量、降低了對(duì)傳感器的實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)既降低了對(duì)開(kāi)關(guān)器件通流能力的要求，又在一定程度上減小了系統(tǒng)的通態(tài)損耗。本發(fā)明所提出的方法對(duì)均壓控制研究方向的研究者具有重要參考作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全橋MMC的子模塊電容電壓平衡方法。

背景技術(shù)

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)由于具有不存在換相失敗、可以獨(dú)立調(diào)節(jié)有功和無(wú)功功率、便于模塊化配置、諧波水平低、開(kāi)關(guān)頻率低、可向無(wú)源系統(tǒng)供電和用于直流融冰等特點(diǎn)，在高壓直流輸電(High Voltage Direct Current，HVDC)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，并且已在高壓直流輸電工程中得到了實(shí)際應(yīng)用。

由于受制于現(xiàn)有開(kāi)關(guān)器件和電力電子電容器的制造水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，子模塊的設(shè)計(jì)電壓提升空間有限，而且子模塊器件的耐壓、通流能力也尚未大幅提升。在這樣的情況下，隨著MMC工程向更高電壓等級(jí)、更大容量方向發(fā)展，需要通過(guò)增加橋臂子模塊數(shù)來(lái)滿足需求，這樣每個(gè)橋臂勢(shì)必需要級(jí)聯(lián)數(shù)量極為龐大的子模塊。在有限的控制周期內(nèi)，實(shí)時(shí)可靠地完成對(duì)大量子模塊電容電壓數(shù)據(jù)采集、傳輸和排序計(jì)算，需要傳感器、光纖通道和運(yùn)算器的精密配合，從而對(duì)二次系統(tǒng)提出了嚴(yán)苛的要求。

MMC依靠子模塊電容實(shí)現(xiàn)交直流能量的傳遞，子模塊電容電壓的均衡是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。目前，以冒泡排序法為代表的排序均壓方法最為常用。為了降低排序復(fù)雜度并減小排序運(yùn)算量，保持因子法、質(zhì)因子分解法、隨機(jī)選擇法等陸續(xù)被提出。上述方法雖然可以不同程度降低排序計(jì)算量，但是當(dāng)MMC電平數(shù)驟增，相當(dāng)數(shù)量的排序算法仍不可避免。有文獻(xiàn)提出無(wú)需排序的均壓方法，但是新增的電壓偏差量又引入了新的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。此外，上述方法均需要子模塊電容電壓信息，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較高實(shí)時(shí)性的要求依然存在。

另一方面，根據(jù)當(dāng)前主流廠商提供的數(shù)據(jù)，IGBT的耐受電壓和通流能力互為矛盾，耐壓等級(jí)越高，最大通流能力越低。在工程中，考慮足夠的裕度，一般傾向于選取耐壓等級(jí)較高的IGBT，這可能導(dǎo)致單個(gè)IGBT的通流能力無(wú)法滿足要求。

因此，隨著現(xiàn)實(shí)工程的需求，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模子模塊電容電壓的可靠平衡是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的重要問(wèn)題。此外，子模塊電容電壓平衡方法與MMC器件開(kāi)關(guān)頻率密切相關(guān)，也影響到MMC的通態(tài)損耗，則保持電容電壓平衡的同時(shí)降低系統(tǒng)通態(tài)損耗也具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于全橋MMC的子模塊電容電壓平衡方法，該平衡方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：基于最近電平逼近調(diào)制策略，檢測(cè)到輸出電平數(shù)指令n_ON的變化，根據(jù)該指令初步確定每個(gè)段中所含子模塊的個(gè)數(shù)L₁

其中N表示橋臂子模塊數(shù)，表示向下取整函數(shù)，目的是優(yōu)先保證電平數(shù)輸出，以免溢出；

步驟2：判斷N是否能被指令n_ON整除，若能整除，則從橋臂首端開(kāi)始每L₁個(gè)子模塊分為一段，將橋臂均等分配成n_ON個(gè)段；若是判斷結(jié)果為不能整除，設(shè)余數(shù)為P₂，商為L(zhǎng)₁，則將余數(shù)部分P₂個(gè)子模塊一一分配給P₂個(gè)段，即從橋臂首端開(kāi)始前P₁段每段包含L₁個(gè)子模塊，然后后P₂段每段包含L₂個(gè)子模塊，其中

P₁＝n_ON-P₂