一種模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制方法，屬于電壓源 換流器技術(shù)領(lǐng)域和直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器（ModularMultilevelConverter,MMC)易于實(shí)現(xiàn)較大的電 平數(shù)目，并且可以提供一個(gè)公共的直流側(cè)，可以較為容易的實(shí)現(xiàn)背靠背的連接，使其十分適 合于直流輸電的應(yīng)用。MMC技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使得在直流輸電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更高電壓、更大容量 和更高性能電壓源換流器成為可能，極大的推動(dòng)了電壓源型直流輸電技術(shù)的發(fā)展。自MMC 技術(shù)出現(xiàn)之后，電壓源型直流輸電工程絕大部分都是采用的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或在其基礎(chǔ)上的 變化。目前電壓源型直流輸電的直流電壓等級(jí)已經(jīng)達(dá)到數(shù)百千伏，每個(gè)橋臂上所需級(jí)聯(lián)的 子模塊也達(dá)到數(shù)百個(gè)。
[0003]MMC中各子模塊的直流電容都是懸浮的，必須通過控制流入和流出電容的能量來 保持電容電壓的恒定。由于各子模塊的參數(shù)和損耗特性有所差異，脈沖開關(guān)時(shí)刻也可能存 在一定誤差，而各子模塊的電容又都是懸浮的，在沒有額外控制措施的情況下，各子模塊的 直流電容電壓將可能不均衡，甚至有發(fā)散的趨勢(shì)，使MMC不能工作，所以必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的直 流電壓均衡控制策略。
[0004] 在已有方法中一般是通過排序法實(shí)現(xiàn)MMC子模塊電容電壓均衡控制，對(duì)同一橋臂 各子模塊的直流電容電壓進(jìn)行排序，根據(jù)橋臂電流方向選擇開關(guān)狀態(tài)組合方式，使電容電 壓較高的子模塊處于放電狀態(tài)，或者使電容電壓較低的子模塊處于充電狀態(tài)。對(duì)于這種方 法，當(dāng)橋臂中級(jí)聯(lián)的子模塊數(shù)目達(dá)到數(shù)百個(gè)后，排序計(jì)算量非常大，給控制器帶來極大的負(fù) 擔(dān)，甚至將難以實(shí)現(xiàn)。這也成為限制MMC實(shí)現(xiàn)更高電壓等級(jí)的主要制約因素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制方法，對(duì) 于每個(gè)子模塊，以跟蹤根據(jù)所在橋臂的子模塊電容電壓平均值為目標(biāo)，產(chǎn)生控制脈沖延時(shí) 控制量，根據(jù)子模塊電容電壓偏差方向和橋臂電流方向，控制子模塊控制脈沖的上升沿延 時(shí)時(shí)間和下降沿延時(shí)時(shí)間，改變一個(gè)周期內(nèi)子模塊電容的平均直流電流，實(shí)現(xiàn)子模塊電容 電壓的均衡控制。
[0006] 本發(fā)明提出的模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制方法，包括以下步 驟：
[0007] (1)設(shè)定模塊化多電平換流器橋臂級(jí)聯(lián)的子模塊數(shù)目為N，采集同一橋臂中所有 N個(gè)子模塊的電容電壓U。^i= 1，2,3...N，計(jì)算得到橋臂子模塊電容電壓平均值Ueavg，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制方法，其特征在于該方法包括以 下步驟： (1) 設(shè)定模塊化多電平換流器橋臂級(jí)聯(lián)的子模塊數(shù)目為N，采集同一橋臂中所有N 個(gè)子模塊的電容電壓U。⑴，i= 1，2,3...N，計(jì)算得到橋臂子模塊電容電壓平均值Ueavg，
(2) 設(shè)定一個(gè)子模塊電容電壓均衡控制系數(shù)k，根據(jù)上述同一橋臂N個(gè)子模塊的電容電 壓UeW，以及上述橋臂子模塊電容電壓平均值Ueavg，計(jì)算得到同一橋臂中各子模塊的延時(shí) 控制量tc⑴，tc⑴=k(Uc⑴_(tái)UC-avg); (3) 根據(jù)上述同一橋臂中各子模塊的延時(shí)控制量，計(jì)算得到同一橋臂中各子模塊 的控制脈沖延時(shí)時(shí)間td(i),td(i)= |t。⑴| ; (4) 將步驟⑵的延時(shí)控制量與零相比較，得到表示各子模塊電容電壓的偏差方 向的邏輯信號(hào)FU⑴，當(dāng)tc⑴彡0時(shí)，F(xiàn)U⑴=1，當(dāng)t。⑴< 0時(shí)，F(xiàn)U⑴=0 ; (5) 采集模塊化多電平換流器的橋臂電流ifcg，將該橋臂電流ifcg與零相比較，得到橋 臂電流方向的邏輯信號(hào)FI⑴，當(dāng)ifcg彡0時(shí)，F(xiàn)I⑴=1，當(dāng)i時(shí)，F(xiàn)I⑴=0 ; (6) 根據(jù)上述步驟（5)的橋臂電流方向邏輯信號(hào)FIW，以及上述步驟⑷的電容電壓 的偏差方向的邏輯信號(hào)FUW，通過同或門計(jì)算得到子模塊控制脈沖的延時(shí)模式邏輯信號(hào) FM⑴，F(xiàn)M⑴=FI⑴XNORFU⑴，其中XNOR表示同或門計(jì)算； (7) 根據(jù)上述步驟（6)的子模塊控制脈沖的延時(shí)模式邏輯信號(hào)FMW，以及上述步驟（3) 的脈沖延時(shí)時(shí)間tdW，計(jì)算控制脈沖上升沿延時(shí)時(shí)間tHi)，當(dāng)FM⑴=1時(shí)，tHi)=tdW，當(dāng) FM⑴=0 時(shí)，tr⑴=0 ; (8) 根據(jù)上述步驟（6)的子模塊控制脈沖的延時(shí)模式邏輯信號(hào)FMW，以及上述步驟（3) 的控制脈沖延時(shí)時(shí)間tdW，計(jì)算得到控制脈沖下降沿延時(shí)時(shí)間tHi)，當(dāng)FMW = 1時(shí)，tfW = 0,當(dāng)FM⑴=0 時(shí)，tf(i)=td⑴； (9) 根據(jù)上述步驟（8)的控制脈沖下降沿延時(shí)時(shí)間tHi)，以及上述步驟（7)的控制脈 沖上升沿延時(shí)時(shí)間tHi)，將子模塊控制脈沖信號(hào)的上升沿控制延時(shí)tHi)，下降沿控制延時(shí) tHi)，實(shí)現(xiàn)模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模塊化多電平換流器子模塊電容電壓均衡控制方法，屬于電壓源換流器技術(shù)領(lǐng)域和直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法使每個(gè)子模塊以跟蹤根據(jù)所在橋臂的子模塊電容電壓平均值為目標(biāo)，產(chǎn)生控制脈沖延時(shí)控制量，根據(jù)直流電壓調(diào)節(jié)方向和橋臂電流方向，控制子模塊控制脈沖的上升沿延時(shí)時(shí)間和下降沿延時(shí)時(shí)間，改變一個(gè)周期內(nèi)子模塊電容的平均直流電流，實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓的均衡控制。本發(fā)明的方法不需要復(fù)雜的排序計(jì)算，可以大大減小計(jì)算量。所提出的子模塊電容電壓均衡控制方法可以在分布在每個(gè)子模塊的控制單元中實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度不隨橋臂子模塊級(jí)聯(lián)數(shù)目增大而提高，非常適用于極大電平數(shù)目的模塊化多電平換流器。
【IPC分類】H02M7-49, H02M7-501
【公開號(hào)】CN104617801
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510070588
【發(fā)明人】宋強(qiáng), 朱喆, 李建國, 楊文博, 許樹楷, 黎小林, 劉文華
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日