[发明专利]一种模块化多电平换流器的子模块分层均压方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的子模块分层均压方法。

背景技术

近年来，基于MMC（modular multilevel converter，模块化多电平换流器）的高压直流输电（MMC-HVDC）技术得到了极为广泛的关注。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，大幅降低了直流输电的技术壁垒。但由于该拓扑将能量分散存储在桥臂的各个子模块电容中，因此，如何在运行过程中快速实现各个子模块电容电压的均衡控制是其实现难点之一。

在现有工程中，各桥臂一般需要串联较多的子模块以实现较高的电压等级（如美国的Trans Bay Cable工程，其每个桥臂包含216个子模块），这对于子模块的快速均压是很大的挑战。目前的子模块均压策略通常采用子模块电容电压排序选通的方法，这种策略首先通过最近电平逼近调制方法确定下一时刻每个桥臂所需投入的子模块个数，之后根据子模块的投切要求，对处于投入或切除状态的全部子模块采用排序选通法，即在每个控制周期根据子模块投切要求的变化以及桥臂电流的方向，将所有子模块进行排序并从中挑选合适的子模块进行投切操作。这种方法的缺点在于：1）每个控制周期中需要排序的子模块数量较多，而最终投切状态发生改变的子模块数量远小于参与排序的子模块数，这对于系统计算资源形成了较大的浪费，会导致严重的控制延时，影响系统的综合稳定性；2）没有考虑相电压变化率对排序操作的影响，相电压变化率与子模块投切数量的变化近似成正比，在电压变化不剧烈时，传统方法依然按照电压变化剧烈的标准维持着较多的待排序子模块，这种方法排序裕度过高，加重了系统的运算负担。

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，其首先根据桥臂子模块数，对子模块进行平均分组，并采集各组子模块电压值；然后计算各组总电压、桥臂电压总和及各组能量平衡因子，结合调制策略得到需投切的子模块数，并计算得到各组需投切的子模块数；最后将每组子模块按电压值进行排序，根据各组需投切的子模块数，对各组子模块进行投切。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，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，本发明提供了一种模块化多电平换流器的子模块分层均压方法，能够避免不必要的排序计算，可以加快系统响应速度，具有很强的工程应用价值。

一种模块化多电平换流器的子模块分层均压方法，包括如下步骤：

（1）对于MMC的任一桥臂，检测当前该桥臂所在相交流电压的相位θ以及各子模块的投切状态，根据投切状态更新桥臂的投入队列和切除队列，并通过检测子模块的电容电压在投入队列和切除队列中标记电容电压最大和最小的子模块；

（2）根据预设的分层比例因子γ以及排序裕度因子η，对投入队列和切除队列进行分层处理，即将队列分为高压层、低压层和中间层；

（3）利用最近电平逼近调制方法确定下一时刻桥臂所需投入的子模块个数，进而根据桥臂电流方向对投入队列或切除队列相应层中的子模块进行投切操作。

所述的步骤（1）中更新桥臂投入队列和切除队列的方法为：将当前处于投入状态的子模块分配至投入队列中，将当前处于切除状态的子模块分配至切除队列中。

所述的步骤（2）中对投入队列和切除队列进行分层处理的具体过程如下：

对于投入队列，将电容电压大于U₁的子模块归为高压层，将电容电压小于U₂的子模块归为低压层，将剩下其余子模块归为中间层；

对于切除队列，将电容电压大于U₃的子模块归为高压层，将电容电压小于U₄的子模块归为低压层，将剩下其余子模块归为中间层；