[發(fā)明專利]一種適用于FPGA的MMC電容電壓均衡控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810513480.X
• 申請(qǐng)日: 2018-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108832826B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫吉波;王宇;楊銀國(guó);劉崇茹;錢(qián)峰;凌博文;徐春華;包博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心;華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發(fā)明公開(kāi)了電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種適用于FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的MMC(模塊化多電平換流器)電容電壓均衡控制方法。本發(fā)明根據(jù)正常運(yùn)行時(shí)電容電壓波動(dòng)范圍劃分若干子區(qū)間，并依據(jù)實(shí)時(shí)采集到的電容電壓將子模塊匹配到相應(yīng)的子區(qū)間分組內(nèi)，進(jìn)而根據(jù)橋臂電流方向確定各分組的讀取順序。同時(shí)，分組時(shí)針對(duì)電容電壓在額定值附近的子模塊，考慮上一時(shí)刻的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，遵循盡量維持原有狀態(tài)不變的原則進(jìn)一步降低器件的開(kāi)關(guān)頻率。本發(fā)明效果在于，避免了對(duì)子模塊電容電壓的排序，在保證子模塊均壓控制效果的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的均壓控制，又能夠降低器件的開(kāi)關(guān)頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于FPGA的MMC電容電壓均衡控制方法。

背景技術(shù)

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)是一種采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型電壓源換流器(voltage source converter，VSC)。由于MMC子模塊(sub-module,SM)級(jí)聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)的兩電平和三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的換流器，具備開(kāi)關(guān)頻率低、輸出波形質(zhì)量好、對(duì)開(kāi)關(guān)一致性要求低、擴(kuò)展性好等優(yōu)勢(shì)，成為柔性直流輸電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并取得了越來(lái)越多的工程應(yīng)用。

MMC直流側(cè)電壓依靠分散在各子模塊中的電容提供支撐，子模塊電容電壓均衡是MMC穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。實(shí)際工程中為了獲得較高的電壓等級(jí)和傳輸容量，單個(gè)橋臂通常包含數(shù)百個(gè)子模塊，大量子模塊電容電壓的采集和均壓控制計(jì)算對(duì)控制器的性能提出了更高的要求。因此，工程中一般采用并行架構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(filed programmablegate array,FPGA)進(jìn)行閥級(jí)控制，即子模塊電容電壓均衡和觸發(fā)脈沖產(chǎn)生。

但是，即便采用諸如FPGA的高性能控制器，傳統(tǒng)的均壓控制方法也需要對(duì)所有同一橋臂的所有子模塊電容電壓進(jìn)行排序，然后根據(jù)上層控制輸出的待導(dǎo)通子模塊個(gè)數(shù)和當(dāng)前橋臂電流方向來(lái)確定投入的子模塊。當(dāng)橋臂電流為充電方向時(shí)，從電壓較低的子模塊開(kāi)始觸發(fā)；當(dāng)橋臂電流為放電方向時(shí)，從電壓較高的子模塊開(kāi)始觸發(fā)。傳統(tǒng)方法一方面排序的計(jì)算量較大，另一方面電容電壓微小的變化也會(huì)引起子模塊的反復(fù)投切，造成較高的開(kāi)關(guān)損耗。

鑒于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種適用于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的模塊化多電平換流器電容電壓均衡控制方法，能夠在保證子模塊均壓控制效果的前提下，實(shí)現(xiàn)快速的均壓控制，降低器件的開(kāi)關(guān)頻率。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)背景技術(shù)中提到的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于FPGA的MMC電容電壓均衡控制方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1：根據(jù)正常運(yùn)行時(shí)電容電壓的波動(dòng)范圍，設(shè)定電容電壓上限U_MAX和下限U_MIN；

步驟2：根據(jù)電容電壓大小和上一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)將子模塊劃分為M+N組，其中包括考慮上一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)的2N組子模塊；

步驟3：根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的子模塊電容電壓值U_C(i)(1≤i≤n)和上一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)FP(i)(1≤i≤n)將子模塊匹配到相應(yīng)的子區(qū)間分組內(nèi)，并記錄各分組子模塊編號(hào)；

步驟4：根據(jù)當(dāng)前橋臂電流方向確定各個(gè)分組的讀取先后順序；

步驟5：根據(jù)待投入子模塊個(gè)數(shù)n_on，按照步驟4中確定的讀取順序首先輸出的n_on個(gè)子模塊導(dǎo)通，其余的n-n_on個(gè)子模塊關(guān)斷。

所述步驟1中，電壓上限U_MAX和電壓下限U_MIN是預(yù)先設(shè)定的，分別設(shè)定為MMC閥控子模塊電容電壓的過(guò)壓保護(hù)整定值和欠壓保護(hù)整定值，正常運(yùn)行的子模塊電容電壓均處于[U_MIN,U_MAX]區(qū)間內(nèi)。