[发明专利]适用于模块化多电平换流器的附加直流电压控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，尤其涉及一种适用于模块化多电平换流器的附加直流电压控制方法。

背景技术

随着大功率电力电子开关器件的出现，如门极可关断型（gate turn-off，GTO）晶闸管和绝缘栅双极晶体管（insulated-gate bipolar transistor，IGBT）的出现，电压源型换流器（voltage source converter，VSC）相较于传统基于晶闸管式的高压直流输电（high-voltage direct-current，HVDC）换流器而言，展示出了许多优势。由于采用可关断开关元件，VSC不会发生传统HVDC换流器在所连接交流母线电压降低时经常发生的换相失败问题。VSC的另一个优势则是其实现了有功功率和无功功率的快速独立控制。这使得直流系统在传输大量有功功率的同时不仅可以不消耗交流母线的无功功率，而且还可以为交流母线提供一定的无功功率支撑。此外，VSC型换流站更适合用于实现新能源电源并网和未来直流电网的构建。

然而，两或三电平VSC拓扑结构存在着一些缺陷，如较高的开关频率而导致的大量功率损耗；受电平数限制输出交流波形的谐波含量较高；大量被直接串联以提高换流站直流电压等级的开关元件要求高度的动作一致性，否则开关元件将面临被过高电压击穿的危险，而在较高的开关频率下保持这一特性是一个巨大的挑战。为了解决这些缺点，基于半H桥型的模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）拓扑结构作为新一代VSC的拓扑结构被提出。其子模块级联结构在保持较高的桥臂等效开关频率的同时有效降低了每个开关元件的开关频率，因而降低了大量开关损耗。MMC可以轻易实现多电平输出波形，使之逼近标准正弦波形，因而换流站无需交流滤波器，减少了建设成本投资。此外，对开关元件的动作一致性要求也大大降低。

每个桥臂投入运行的子模块个数是由正弦脉宽调制（sinusoidal pulse widen modulation,SPWM）过程决定的。然而，在SPWM过程中，较小的调制比会直接导致换流器输出的交流阶梯波中损失电平数。另一方面，换流器的控制器在调制比大于1的情况下持续运行则会无法达到控制效果。因此，需要找出合适的调制比区间[m_min,1]，并使换流器的调制比处于该区间内运行，进而使得MMC输出的交流阶梯波形中电平数不损失，并且控制器可以保持良好的控制效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种适用于模块化多电平换流器的附加直流电压控制方法，用于寻找合适的调制比区间，并使换流器的调制比处于该区间内，进而使得MMC输出的交流阶梯波形中电平数不损失，并且可以保持良好的控制效果。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种适用于模块化多电平换流器的附加直流电压控制方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：计算确保模块化多电平换流器输出全电平波形的最小调制比m_min；

步骤2：利用所述换流器输出的交流电压和所述换流器的直流电压，计算换流器当前时刻的调制比；

步骤3：根据所述最小调制比，确定换流器运行最优调制比区间[m_min,1]；再根据换流器当前时刻的调制比，确定直流电压调整量ΔU_dc，使得换流器调制比处于区间[m_min,1]内；

步骤4：控制换流器输出电压值为U_{dc_ref}+ΔU_dc的真实直流电压；其中，U_{dc_ref}为换流器的初始直流电压参考值。

所述计算确保模块化多电平换流器输出全电平波形的最小调制比的公式为：mmin=N-2N;]]>

其中，m_min为确保模块化多电平换流器输出全电平波形的最小调制比；

N为模块化多电平换流器每个桥臂上的子模块数量。

所述计算换流器当前时刻的调制比的公式为：

其中，m为换流器当前时刻的调制比；