[發(fā)明專利]一種基于電平調整的混合型模塊化多電平換流器容錯控制方法

在審

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• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113437888A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉一琦;李炳坤;段昭宇;金泳霖
• 申請（專利權）人: 東北林業(yè)大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/088;H02M1/32
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明中公開了一種基于電平調整方法的混合型模塊化多電平換流器容錯控制方法，屬于混合型模塊化多電平換流器系統(tǒng)子模塊故障保護領域。該方法對于基于排序算法和虛擬電壓反饋電容電壓平衡方法進行了改進，實現(xiàn)了向容錯模式的平滑過渡。該方法無需增加額外的硬件設備，通過利用全橋子模塊輸出負電壓，即可達到故障容錯目的。本發(fā)明提供的方法在降低硬件成本的同時可以有效提高混合型模塊化多電平換流器的容錯運行能力。

技術領域

本發(fā)明涉及混合型模塊化多電平換流器系統(tǒng)子模塊故障保護領域，具體涉及一種基于電平調整的混合型模塊化多電平換流器容錯控制方法。

背景技術

隨著國家工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提升，各地區(qū)的用電量不斷攀升。為了滿足集中用電地區(qū)的用電需求，國內已經(jīng)建設了數(shù)條跨區(qū)域輸電系統(tǒng)。模塊化多電平換流器具有模塊化、開關頻率低、諧波含量低、易于冗余配置等優(yōu)點，被廣泛應用于新能源接入、異步互聯(lián)、城市供電等柔性直流輸電系統(tǒng)中。但模塊化多電平換流器系統(tǒng)在子模塊數(shù)量眾多、運行時間長的情況下其內部電力電子器件極易出現(xiàn)故障。隨著模塊化多電平換流器在電能傳輸、電機驅動和工業(yè)生產(chǎn)等領域廣泛應用，對于模塊化多電平換流器系統(tǒng)的可靠性也提出了極高的要求。因此，為了避免子模塊故障引起模塊化多電平換流器性能下降或運行中斷，在實際工程中必須引入有效的模塊化多電平換流器子模塊故障容錯方法，來提高模塊化多電平換流器系統(tǒng)的可靠性，同時也可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟回報。

目前，為了解決模塊化多電平換流器系統(tǒng)可靠性能力不高的問題，已有多篇學術論文和專利進行研究并提出相應的解決辦法，例如：

1、白志紅等人在發(fā)表的“一種基于子模塊重組并具備容錯性的模塊化多電平換流器空間矢量調制方法”專利中,將模塊化多電平換流器中每相任意兩個或者兩個以上子模塊進行組合，形成若干個新的三相控制單元，稱為子單元。利用本發(fā)明，能在不增加額外的冗余備份和外圍電路情況下，通過重組和空間矢量調制的靈活性實現(xiàn)模塊化多電平換流器的容錯運行。但所需電容的耐壓值較高，會進一步提高硬件的成本。

2、在題為“基于零序電壓注入的模塊化多電平變流器故障容錯控制”的文章中，作者申科提出了零序電壓注入的容錯方法，其具體實現(xiàn)方法為，當故障相電壓超出臨界電壓時，將其限定在一個固定值，其余正常相電壓則輸出線電壓與固定值的差值，最后進行調制重構。但該方法在上、下橋臂同時出現(xiàn)多個故障時會極大增加運算量并造成故障相上、下橋臂的直流環(huán)流不一致，導致上、下橋臂存儲的能量不均衡，影響了非故障相的穩(wěn)態(tài)特性。

3、Q.Zhu等人發(fā)表的“A Fault-Tolerant Control Strategy of ModularMultilevel Converter with Sub-Module Faults Based on Neutral Point CompoundShift”,ENERGIES,2019,12(5):876，該文章通過優(yōu)化交流側相電壓矢量重構方法，降低了容錯重構調整參數(shù)的計算復雜度，并利用提出的直流側中性點位移方法進一步增加了容錯范圍，提高了容錯兼容性。但與此同時為了選擇復合中性點位移控制方法的最優(yōu)中性點位置需要進行額外運算，增加了控制復雜度。

為此，亟需一種可以提高混合型模塊化多電平換流器的容錯能力的方法，解決如何提高混合型模塊化多電平換流器系統(tǒng)可靠性的問題。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明針對混合型模塊化多電平換流器系統(tǒng)的子模塊故障問題，對無冗余備用子模塊的模塊化多電平換流器子模塊故障容錯方法進行了深入研究。提出了一種利用混合型模塊化多電平換流器全橋子模塊負電平輸出能力的電平調整方法，只需要調整故障相的子模塊投切數(shù)量即可達到故障容錯的目的。同時，設計的電平調整方法也可兼容傳統(tǒng)型模塊化多電平換流器系統(tǒng)。對于基于排序算法和虛擬電壓反饋電容電壓平衡方法進行了改進，實現(xiàn)了向容錯模式的平滑過渡。該方法無需增加額外的硬件設備，通過利用全橋子模塊輸出負電壓，即可達到故障容錯目的，可以顯著提高混合型模塊化多電平換流器的子模塊容錯能力。此外，與傳統(tǒng)的容錯方法相比，該方法在有效提高混合型模塊化多電平換流器的容錯運行能力的同時又可降低IGBT的使用數(shù)量。