[发明专利]一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层的均压控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，涉及一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层的均压控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)作为高压直流输电技术向高压大功率方向发展的最新成果，其自从被提出后就受到了很大的关注。模块化多电平换流器采用模块化的子模块进行叠加，达到输出电压和功率等级的灵活变化，具有可扩展性强，输出电压谐波小，开关频率较低等优点。随着模块化多电平换流器电平数的增加和传输功率的提升，其桥臂上串联的子模块个数越来越多，这对高电平MMC系统的均压控制带来了一定的挑战。

高电平MMC系统通常采用基于最近电平逼近的调制策略。基于最近电平逼近调制策略的MMC系统，其对应的均压控制方法通常是对所有子模块电容电压进行排序，然后根据最近电平逼近调制计算出来的桥臂需投的子模块总个数和桥臂电流的大小，选择对应个数的子模块进行投入。当桥臂电流大于0时，选择电容电压较小的子模块进行投入；当桥臂电流小于0时，选择电容电压较大的子模块进行投入。

但是，随着电平数的上升，子模块均压控制复杂度大为增加，特别是在实际工程中，高电平数的MMC系统需要对分散串联布置的子模块电容电压排序，其均压控制更成为不可回避的问题。而且，对所有子模块进行排序，频繁地对所有子模块进行运行状态的改变，容易造成子模块IGBT的开断频率过大，使得子模块开关损耗大大增加。因此，对于高电平MMC系统的均压控制，需要在保证子模块具备较好的均压效果基础上，提高子模块电容电压排序的速率，优化子模块的投切，降低IGBT的开断频率。

发明内容

本发明目的是针对最近电平逼近调制下的高电平MMC均压控制排序问题，提出一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层的均压控制方法。通过遍历所有子模块的电容电压得到最大值和最小值，由此建立电压分层容器，用来存放所有子模块的电容电压，该电压分层容器内部分为若干层，每一层有对应的电压范围。将不同电压范围的子模块放入不同层的电压分层容器内，根据桥臂需投子模块总个数和桥臂电流的方向来选择对应的子模块投入。同时，引入电压分层容器是否重新分层的判据，当任一投入子模块的电容电压变化值小于电压容器的电压间隔，则无需重新进行分层，这不仅能够降低算法的时间复杂度，而且能够在选择子模块的过程中优化子模块的投切，降低IGBT的开断频率。

本发明的技术方案是，一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层的均压控制方法，包括下列步骤：

步骤1：遍历桥臂所有子模块的电容电压，得到电容电压的最大值和最小值，根据电容电压的最大值和最小值确定电压分层容器，所述电压分层容器的层数由排序的计算复杂度和均压控制效果决定，电压分层容器层与层之间的电压间隔相等，将所有子模块的电容电压放入等电压间隔的电压容器内；

步骤2：为了降低算法的复杂度，引入电压容器重新划分的判据。当任一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔时，不重新分层；当任一投入子模块的电容电压变化值大于容器的电压间隔时，重新分层；

步骤3：根据电容电压大小将子模块放入所述分层容器的对应层，根据桥臂电流方向和桥臂需投子模块总个数进行优化排序，确定需要投入的子模块。将需要投入子模块的上IGBT(绝缘栅双极型晶体管)触发脉冲设置为1，下IGBT触发脉冲设置为0。

进一步地：

步骤1通过遍历所有子模块的电容电压，得到电容电压的最大值和最小值，确定电压分层容器，然后根据排序的计算复杂度和均压控制效果讨论电压分层容器的分层个数。

步骤1.1：电压分层容器的确定

遍历所有子模块的电容电压，取得子模块电容电压的最大值U_max和最小值U_min，将所有子模块电容电压分成M层，每层高度为Δv：

Δv=Umax-UminM---(1)]]>