[發明專利]基于狀態觀測器的MMC子模塊電容電壓均衡控制方法

有效

• 申請號: 201811117368.0
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109217691B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 胡鵬飛;楊平;蔣丹;韓楊;熊靜琪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種基于狀態觀測器的MMC子模塊電容電壓均衡控制方法，包括以下步驟：S1、采樣所有MMC子模塊的電容電壓，按照電壓升序排序；S2、判定各個橋臂需要投入子模塊數是否為0，如是則旁路所有MMC子模塊，否則執行S3；S3、若橋臂電流觀測值為非負值，投入電壓最小的N_u或N_l個MMC子模塊；如橋臂電流觀測值為負值，投入電壓最大的N_u或N_l個MMC子模塊；其中，N_u或N_l分別表示每相上下橋臂需要投入的MMC子模塊的個數。本發明通過采用狀態觀測器來估計橋臂電流，利用橋臂電流估計值來實現子模塊電容電壓的均衡控制，節省了橋臂電流傳感器，簡化了MMC的控制系統，降低了柔性直流輸配電系統的成本。

技術領域

本發明屬于柔性直流輸配電領域，特別涉及一種基于狀態觀測器的MMC(模塊化多電平換流器)子模塊電容電壓均衡控制方法。

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。

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,，MMC)是一種新型的電壓變換電路，它通過將多個子模塊(sub modular，SM)級聯的方式，減少了每個子模塊中開關器件所承受的電壓應力，并且變換器具有輸出諧波少、模塊化程度高等特點，在電力系統中具有廣泛的應用前景，特別在高壓直流輸電場合中具有優勢。目前很多直流輸電工程都采用MMC拓撲或者其衍生拓撲結構，直流側電壓等級越來越高，橋臂上的子模塊數量也越來越多。

雖然MMC有眾多優點，但它也有一定的缺陷。在MMC中每一個子模塊都有一個儲能電容，如果電容的能量不均衡，那么就會造成上下橋臂能量的不均衡，從而影響變換器的正常工作，因此需要控制各個子模塊電容電壓保持平衡。而橋臂上的子模塊數量眾多，導致儲能電容的數目龐大，具有較高的控制難度，因此尋找一種合適的電容電壓均衡控制方法已成為人們關注的熱點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種通過采用狀態觀測器來估計橋臂電流，利用橋臂電流估計值來實現子模塊電容電壓的均衡控制的MMC子模塊電容電壓均衡控制方法，該控制方法能夠節省橋臂電流傳感器，簡化MMC的控制系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：基于狀態觀測器的MMC子模塊電容電壓均衡控制方法，包括以下步驟：

S1、采樣所有MMC子模塊的電容電壓，并按照電壓升序對MMC子模塊進行排序；

S2、判定各個橋臂需要投入子模塊數是否為0，如是則旁路所有MMC子模塊，否則進一步判定橋臂電流觀測值是否為非負值；

S3、若橋臂電流觀測值為非負值，投入電壓最小的N_u或N_l個MMC子模塊；如橋臂電流觀測值為負值，投入電壓最大的N_u或N_l個MMC子模塊；其中，N_u或N_l分別表示每相上下橋臂需要投入的MMC子模塊的個數。

進一步地，所述橋臂電流觀測值計算方法為：