[發明專利]基于混合調制策略的模塊化多電平變換器主動熱控制方法

有效

• 申請號: 201911099183.6
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110880785B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 王寶安;鄧富金;呂泳慶
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了基于混合調制策略的模塊化多電平變換器主動熱控制方法，具體為：實時檢測風電場風速，并將其與臨界風速做比較實時切換風電變流系統的調制策略，接著檢測模塊化多電平換流器橋臂電流，檢測橋臂上各子模塊電容電壓并對子模塊電容電壓進行排序，最后根據調制結果確定所需導通的子模塊個數，結合橋臂電流方向和子模塊電容電壓排序結果，得到橋臂上各子模塊的驅動信號，從而降低風電變流系統熱損耗。與現有的熱控制方法相比，本發明方法既不改變換流器結構，也不會影響變換器并網的電能質量，控制算法簡單，易于理解和實施。

技術領域

本發明涉及基于混合調制策略的模塊化多電平變換器主動熱控制方法，屬于多電平電力電子變換器技術領域。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)以其結構高度模塊化、電壓和功率等級可靈活擴展、控制靈活等諸多優勢，成為了中高壓、大容量電力電子換流器的核心技術。目前，該技術在柔性直流輸電、儲能、電機驅動等方面取得了廣泛應用。

目前，在風力發電領域已有多項工程采用MMC作為變流器，因此保障基于MMC的風電系統可靠運行具有重要意義。MMC的故障來源主要包括功率半導體器件故障、電容故障、布線及終端故障以及其他故障，其中功率半導體器件故障主要由開關管過熱引起。在MMC中開關管熱循環和風速相關，風場中風速的隨機變化使得MMC輸出功率及器件損耗也跟著變化，導致器件結溫也隨機波動，這必將影響器件的壽命。因此有必要在風電變流系統中采用主動熱損耗控制，從而提高功率器件的使用壽命。

針對MMC子模塊功率開關管主動熱損耗控制問題，現有技術通過改變MMC拓撲結構、增加控制環節、調節開關頻率等方法，有效降低了系統開關損耗，但是上述方法會增加系統運行成本，提高系統的復雜程度，甚至影響系統輸出的電能質量。因此，需要提出一種新的模塊化多電平變換器主動熱控制方法，一方面保證低風速下系統良好的電能質量輸出，另一方面提高高風速區域功率器件的壽命。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供基于混合調制策略的模塊化多電平變換器主動熱控制方法，該方法既不改變換流器結構，也不會影響變換器并網的電能質量，控制方法簡單，易于理解和實施。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于混合調制策略的模塊化多電平變換器主動熱控制方法，包括如下步驟：

步驟1，實時檢測風電場風速v_wind；

步驟2，將風電場風速v_wind與臨界風速v_g做比較，根據比較結果實時切換模塊化多電平變換器的調制策略，得到調制結果；具體為：當切入風速＜v_wind＜v_g時，采用載波移相脈寬調制策略對模塊化多電平變換器進行調制；當v_wind≥v_g時，采用最近電平逼近調制策略對模塊化多電平變換器進行調制；

步驟3，對于模塊化多電平變換器的每個橋臂，檢測橋臂上的電流，以及檢測橋臂上各子模塊的電容電壓，并對各子模塊的電容電壓進行排序；

步驟4，根據步驟2的調制結果確定每個橋臂上所需導通的子模塊個數，結合步驟3每個橋臂上的電流方向及各子模塊的電容電壓排序結果，得到每個橋臂上各子模塊的驅動信號，實現降低風電變流系統熱損耗的目的。

作為本發明的一種優選方案，步驟2所述臨界風速的確定方法為：

繪制風速區間內網側功率器件壽命消耗占比與風速關系波形圖，將網側功率器件壽命消耗最高點的風速作為臨界風速v_g。

作為本發明的一種優選方案，步驟2所述載波移相脈寬調制策略具體為：