[發明專利]混合模塊化多電平換流器的參數設計與控制方法

有效

• 申請號: 202110326155.4
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN112953273B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 周月賓;曹琬鈺;許樹楷;張楠;朱喆
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/483
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋;郝傳鑫

本發明實施例公開了一種混合模塊化多電平換流器的參數設計與控制方法，通過三次諧波電壓注入和全橋子模塊負電平利用方法的協調配合，將混合模塊化多電平換流器調制比提高到最優運行點。首先通過三次諧波電壓注入方法，將混合模塊化多電平換流器的調制比最大程度提高，然后再通過橋臂中全橋子模塊級聯數目配置使調制比提高到最優點。當混合模塊化多電平換流器輸出額定有功功率時，調制比運行在最優運行點，可以使橋臂功率波動的基頻分量變為零，使子模塊電容電壓波動大幅降低，大幅降低混合模塊化多電平換流器電容用量，并最大程度減小所需的全橋子模塊數量，降低裝置的總體成本和體積。

技術領域

本發明涉及電壓源換流器和柔性直流輸電技術領域，尤其涉及一種混合模塊化多電平換流器的參數設計與控制方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(英文名稱為modular multilevel converter,簡稱MMC)具有易實現大電平數目、諧波性能好、可模塊化設計等優勢，已經成為柔性直流輸電換流器的必然選擇。然而，MMC橋臂上存在較大的低頻功率波動，其會引起子模塊電容電壓波動，因此，需要設計較大的子模塊電容值以將電壓波動限制在允許范圍之內。在已有工程中，直流電容在子模塊中的體積占比可能達到60％以上，成本占比可能達到40％以上。MMC電容用量巨大會帶來較大的成本和體積問題，極大限制了MMC的進一步發展和應用。因此，通過各種手段優化MMC的參數和運行特性一直是研究熱點。

常規MMC通常采用半橋子模塊，基于全橋子模塊也可以構成全橋MMC，或者基于全橋子模塊和半橋子模塊可以構成混合模塊化多電平換流器。相對于只能輸出1和0兩種電平的半橋子模塊，全橋子模塊可以輸出1、0和-1三種電平。如果在正常運行中利用全橋子模塊的負電平輸出，可以較大程度地改變混合模塊化多電平換流器交、直流電壓的變換關系，這也可以看作是一種過調制技術。近年來對混合模塊化多電平換流器負電平利用的研究也發現，利用全橋子模塊的負電平輸出還可以對橋臂功率波動產生較大影響，在全橋子模塊負電平利用達到一定程度時，甚至能夠使橋臂的基頻功率波動分量達到一個極低點。

三次諧波注入是一種常用的過調制手段。通過在調制環節的參考波中注入三次諧波電壓，可以降低參考波幅值，提高可實現的最大調制比，提高MMC交流輸出電壓能力并改善其它運行特性。但是三次諧波注入方法對MMC最大調制比的提高程度比較有限，對MMC運行特性優化的影響也比較有限。

雖然三次諧波注入和負電平利用都可以改變混合模塊化多電平換流器交、直流電壓變換的關系，但是在已有研究中多是將兩類方法分別處理，無法綜合兩類方法的優勢對混合模塊化多電平換流器的參數和運行特性進行優化，并使總體的成本和體積達到最優。

發明內容

本發明實施例提供了一種混合模塊化多電平換流器的參數設計與控制方法，其能夠使得混合模塊多電平換流器的調制比運行達到最優點的同時，使所需的增加全橋子模塊數目最小，進而使混合模塊化多電平換流器的體積和成本最優。

本發明實施例提供的混合模塊化多電平換流器的參數設計與控制方法，包括以下步驟：

根據設定好的混合模塊化多電平換流器的直流端口額定電壓U_dc，和設定好的混合模塊化多電平換流器子模塊的電容電壓額定值U_c，計算生成混合模塊化多電平換流器的每個橋臂含有的半橋子模塊級聯數目N₀，且

根據每個所述橋臂含有的半橋子模塊級聯數目N₀，計算生成混合模塊化多電平換流器的每個橋臂含有的全橋子模塊級聯數目K，且

根據設定好的混合模塊化多電平換流器的直流端口額定電壓U_dc，確定混合模塊化多電平換流器的交流電壓有效值U_ac，且