[发明专利]一种基于双队列的模块化多电平换流器的调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种基于双队列的模块化多电平换流器的调制方法。

背景技术

2001年，德国慕尼黑联邦国防军大学的学者R.Marquardt首先提出了模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）拓扑，该型拓扑的桥臂采用基本运行单元级联的形式，避免大量开关器件直接串联，不存在一致触发等问题，但由于MMC拓扑将能量分散存储在桥臂的各个子模块电容中，因此，如何在动态过程中进行合理调制，快速实现各个子模块电容电压的均衡控制，使得能量在整个换流器中均匀分配，是MMC拓扑的实现难点之一。

为了获得较高的电压等级，一般需在每相桥臂中串联较多的子模块。以世界上第一个商业化的MMC-HVDC（高压直流输电）工程为例，美国的Trans Bay Cable工程中每个桥臂包含216个子模块，这对于信号的采集与处理系统提出了很大的挑战。现有工程中为了避免产生较高的开关频率，一般采取学者TU.Q和XU.Z在标题为Reduced Switching-Frequency Modulation and Circulating Current Suppression for Modular Multilevel Converters（IEEE Transactions on Power Delivery，2011，26(3)：2009-2017）的文献中介绍的子模块电压优化平衡策略，该策略在考虑子模块初始状态的情况下，根据桥臂电流的方向以及输出电压的变化选取需要投入或者切除的子模块。该策略虽然可以大大降低子模块的开关频率，避免随意投切，但每次需要对处于投入或切除状态的子模块进行排序。特别是当子模块数量达到一定规模时，排序所需的时间在整个控制周期中所占的时间将大大增加，这将会控制上产生延时，降低系统的运行稳定性，增加系统失稳的潜在风险。

公开号为CN102916592A的中国专利提出了一种基于分组思想的均压控制方法，该方法虽然提高了子模块的电容电压排序速度，但依然需要对所有子模块进行排序，仍没有克服计算量大的缺点。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于双队列的模块化多电平换流器的调制方法，每次投切操作后对两队列进行相应调整，在保持较低开关频率的基础上大大降低了排序所需的比较次数及时间，可以加快系统响应速度，具有很强的工程应用价值。

一种基于双队列的模块化多电平换流器的调制方法，包括如下步骤：

（1）在初始时刻对于MMC每一桥臂，建立桥臂的投入队列和切除队列，根据子模块的投切状态以及电容电压将桥臂各子模块分配至这两个队列中并进行排序编号；

（2）利用最近电平逼近调制方法确定当前时刻每个桥臂所需投入的子模块个数；根据当前时刻桥臂电流的方向以及桥臂子模块的最大电压偏差，通过对上一时刻桥臂的投入队列和切除队列进行调整，得到当前时刻桥臂的投入队列和切除队列，进而更新投入队列中的SM_max（最大电压子模块）和SM_min（最小电压子模块）；

（3）根据步骤（2），实时确定每一时刻MMC各桥臂的投入队列和切除队列，进而根据队列实施投切控制。

所述的步骤（1）中，将初始时刻处于投入状态的桥臂子模块分配至投入队列中，并按电容电压由小到大的顺序对投入队列中的子模块进行排序编号，将其中编号最大和最小的两个子模块分别标记为SM_max和SM_min；同时将初始时刻处于切除状态的桥臂子模块分配至切除队列中，并按电容电压由小到大的顺序对切除队列中的子模块进行排序编号。

所述的桥臂子模块最大电压偏差的计算公式如下：