[發(fā)明專(zhuān)利]一種全橋型模塊化多電平換流器損耗平衡控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210355552.9
• 申請(qǐng)日: 2022-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114710047A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧富金;李懷龍;劉誠(chéng)愷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/00
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/00;H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 沈利芳

本發(fā)明公開(kāi)一種全橋型模塊化多電平換流器損耗平衡控制方法，所述損耗平衡控制方法包括以下步驟：采集橋臂電流、子模塊電容電壓、子模塊內(nèi)各功率器件開(kāi)關(guān)狀態(tài)，計(jì)算各功率器件的平均損耗，判斷子模塊的投切狀態(tài)，通過(guò)比較全橋子模塊左、右橋臂平均損耗調(diào)整子模塊在兩種運(yùn)行模式的工作時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)損耗平衡。本發(fā)明損耗平衡方法與常規(guī)方法相比損耗均衡效果好，控制簡(jiǎn)單，無(wú)需增加模塊化多電平換流器的建設(shè)成本，經(jīng)濟(jì)性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多電平電力電子換流器領(lǐng)域，具體涉及一種全橋型模塊化多電平換流器損耗平衡控制方法。

背景技術(shù)

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)憑借結(jié)構(gòu)高度模塊化、可擴(kuò)展性強(qiáng)、輸出電能質(zhì)量高、具有高壓直流母線(xiàn)及可實(shí)現(xiàn)冗余控制等優(yōu)點(diǎn)，在柔性直流輸電、中壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)及可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域廣受關(guān)注。全橋型模塊化多電平換流器具有阻斷直流故障電流的能力，目前正逐步推廣應(yīng)用于高壓直流輸電等領(lǐng)域。

全橋子模塊內(nèi)部損耗分布不均勻不僅會(huì)影響功率器件的使用壽命，威脅系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，還會(huì)增加散熱裝置的設(shè)計(jì)難度，因此如何平衡全橋子模塊內(nèi)部損耗是保證模塊化多電平換流器系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。考慮全橋子模塊的冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)，全橋型模塊化多電平換流器具有兩種運(yùn)行模式。傳統(tǒng)的全橋型模塊化多電平換流器始終保持在一種運(yùn)行模式下工作，導(dǎo)致各子模塊內(nèi)部功率器件的損耗和熱應(yīng)力不平衡。

針對(duì)全橋型模塊化多電平換流器子模塊內(nèi)部損耗分布不均衡問(wèn)題，常規(guī)方法是讓全橋子模塊在兩種運(yùn)行模式中輪換工作，并保證在每個(gè)模式下工作時(shí)長(zhǎng)相同。通過(guò)輪換的方式可實(shí)現(xiàn)全橋子模塊內(nèi)部損耗優(yōu)化，但該方法屬于開(kāi)環(huán)控制且均衡作用有限。另一種是結(jié)溫反饋方法，通過(guò)引入結(jié)溫反饋，修正全橋子模塊在兩種模式下的工作時(shí)間，進(jìn)而最大程度實(shí)現(xiàn)損耗的均衡控制。結(jié)溫反饋方式的損耗平衡優(yōu)化效果較好，但控制復(fù)雜，并需要引入額外的傳感器，增加了模塊化多電平換流器的運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)性較低。因此，針對(duì)全橋型模塊化多電平換流器子模塊內(nèi)部損耗分布不平衡問(wèn)題，提出一種實(shí)現(xiàn)方便，優(yōu)化效果良好，具有較高經(jīng)濟(jì)性的損耗平衡控制方法是符合實(shí)際需要的。

針對(duì)上述提出的問(wèn)題，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種全橋型模塊化多電平換流器損耗平衡控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種全橋型模塊化多電平換流器損耗平衡控制方法，通過(guò)對(duì)比全橋子模塊左、右兩橋臂在一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均損耗，修正全橋子模塊在兩種運(yùn)行模式下的工作時(shí)間，調(diào)節(jié)子模塊內(nèi)部各功率器件的損耗，使左、右橋臂功率損耗達(dá)到平衡。與常規(guī)方法相比實(shí)現(xiàn)方便，優(yōu)化效果良好，且無(wú)需增加模塊化多電平換流器建設(shè)成本。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種全橋型模塊化多電平換流器損耗平衡控制方法，包括以下步驟：

S1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每相上、下橋臂電流i_arm(t)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)全橋子模塊電容電壓U_c(t)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全橋子模塊內(nèi)各功率器件的狀態(tài)函數(shù)S_j(t)(j＝1～4)；

S2、利用橋臂電流，子模塊電容電壓及各功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)計(jì)算得到各功率器件在一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均損耗P_Tj，P_Dj；

S3、分別計(jì)算全橋子模塊左橋臂下功率器件平均損耗P₂，右橋臂上功率器件平均損耗P₃；

S4、判斷全橋子模塊的投切狀態(tài)，當(dāng)子模塊處于投入狀態(tài)時(shí)，可改變子模塊的運(yùn)行模式；

S5、通過(guò)比較全橋子模塊左橋臂下功率器件平均損耗P₂及右橋臂上功率器件平均損耗P₃，進(jìn)而修正子模塊在兩種運(yùn)行模式下的工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)全橋子模塊左橋臂和右橋臂功率器件的總損耗均衡。