[發明專利]一種模塊化多電平變換器子模塊電容電壓優化均壓的控制方法

在審

• 申請號: 201910282942.6
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109861553A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 易靈芝;劉羅;黃曉輝;周東訪
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/487;H02M7/539
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• 代理人: 暫無信息

本發明主要應用于電力電子技術領域，目標是提供一種模塊化多電平變換器子模塊電容電壓優化均壓的控制方法。通過選擇不同的優化算法實現模塊化多電平變換器子模塊電容電壓的平衡控制，主要包括以下步驟：基于最近電平逼近調制策略計算需要投入的子模塊數目；將MMC系統每個橋臂上的子模塊按照從大到小排序；將計算得到的子模塊數N與當前投入子模塊n進行判斷，在不同的條件下選擇不同的投切子模塊方式；找出當前橋臂上電容電壓最大和電容電壓最小的子模塊，比較兩者的差值，再選擇不同的優化算法進行子模塊的投切?；诒景l明的MMC技術，在能夠控制子模塊電容電壓均衡的前提下，還可以保證系統具有較低的開關頻率，減少了MMC系統中功率變換器的損耗。

技術領域

本發明涉及電力電子變換器技術領域，具體涉及到一種模塊化多電平變換器子模塊電容電壓優化均壓的控制方法。

背景技術

目前電力電子變換器技術得到了快速的發展，已經成為了電力系統中進行電能變換的核心裝置，尤其是在進行電能的供電、電能的輸送以及電能配置方面起著重要的影響。自從2002年由德國的慕尼黑聯邦國防軍大學的R.Marquart教授提出基于半橋結構的模塊化多電平變換器裝置(modular multilevel converter，MMC)，標志著電力電子技術輸電領域的變換裝置迎來了重大創新，其結構主要采用電壓等級低的功率半導體器件——IGBT功率管，通過IGBT和電容并聯構成MMC的子模塊，可以構成高電壓等級的輸電裝置。MMC技術經過快速的發展，在整流系統和逆變系統中得到了廣泛的應用。自從MMC技術提出以后，其在高壓直流輸電、柔性直流輸電以及高壓DC/DC變換器裝置等應用領域得到廣泛的關注。

MMC通過對子模塊的投入或切除，利用每相單元橋臂上各個子模塊的電容電壓值可以得到所期望的正弦波輸出波形。MMC中各子模塊的電容是懸浮的，各子模塊電容之間彼此獨立，主電路中有非理想的功率器件，會產生損耗，各個電容器件之間的參數存在差異等，這些因素容易導致各子模塊電容電壓產生不平衡現象，而子模塊的電容電壓是否均衡會影響系統的輸出波形質量，甚至會影響系統的安全穩定運行，所以對于模塊化多電平變換器而言，如何實現各懸浮、獨立的子模塊電容電壓的均衡是研究的關鍵技術之一?；谧罱娖奖平{制方式，只需要通過合理的選擇所投入的子模塊數，即可逼近所給定的電壓波形，較為適合應用于子模塊數比較多的調制方式中。傳統平衡控制方法的優點是實現簡單，但是該均壓算法要求在系統的每個動作時刻將子模塊電容電壓值進行嚴格排序，從而來控制每個模塊的開通或者關斷，這種頻繁的開關動作必然會增加開關損耗，因此有必要對MMC的開關頻率開展相應的研究。

發明內容

針對目前模塊化多電平變換器在上述中存在的技術問題，本發明公開了一種基于最近電平逼近調制策略的模塊化多電平變換器子模塊電容電壓優化均壓的控制方法。

一種基于半橋型子模塊結構的MMC電容電壓均衡控制方法，主要包括以下步驟：

通過最近電平逼近調制策略計算得到需要投入的子模塊數N；

設定需要限定的最大電壓偏差量、子模塊電容電壓的上下限值以及具體的保持因子值，將子模塊根據當前電容電壓值按照從大到小的方式進行排序，在同一時刻對需要投入的子模塊數N和已投入的子模塊數n進行判斷，在滿足0<N<n的條件時，找出當前橋臂上電容電壓最大和電容電壓最小的子模塊，比較兩者的差值，基于最大電壓偏差算法，最大電壓偏差大于給定的參考值時選擇優化方法1進行子模塊的投/切，最大電壓偏差小于給定的參考值時選擇優化方法2進行子模塊的投/切；

優化方法1是指當橋臂電流大于零時，選擇將MMC系統中當前處于切除狀態并且子模塊的電容電壓大于設定的電壓下限值的子模塊電容電壓乘上一個比1略大的保持因子，該保持因子限制在1到1.1之間，基于計算后的子模塊電容電壓再進行重新排序，基于重新排序后子模塊，投入電容電壓最低的N個子模塊；