[发明专利]一种模块化多电平换流器的控制方法

说明书

技术领域

本发明专利属于柔性直流输电领域，特别涉及模块化多电平换流器控制的方法。

背景技术

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径，代表着直流输电的未来发展方向，已成为新一代智能电网的关键技术之一。柔性输电工程中核心器件之一的模块化多电平换流器，其稳定性，经济性仍然是制约柔性直流输电技术大规模商业运行的关键点之一。本发明专利从提高模块化多电平换流器的经济性着手，在保证系统的稳定性的前提下，减少子模块电压传感器的数量，进而降低系统造价。

模块化多电平换流器子模块级联最大的优势在于，在较低电压应力的前提下，通过子模块串联得到高电压等级的输出电压。因此，在实际的工程项目中，每相桥臂含有大量的子模块。模块化多电平换流器控制策略的重点和难点之一在于控制每个子模块电容电压稳定在子模块参考电压，常规的控制方法有载波移相和最近电平逼近。两种基本的方法都需要采集每个子模块内储能电容的电压，进而通过控制算法决定对应子模块的导通或切除状态。此模式导致MMC系统需配置大量的电压传感器，这无疑增加了系统的复杂性和提高了系统的造价。

每个子模块配备一个电压传感器的模式并非换流器正常运行所必备的条件，因此不少致力于减少电压传感器的方法出现。最简单的方法是直接取消电压传感器，设定每相桥臂的子模块按照一定控制策略进行导通或者关断，通过预设定的导通与关断策略维持子模块电容电压稳定。该开环控制方式的将大大降低系统的可靠性。另一种方式通过桥臂电流和直流母线电压结合子模块开断状态预测电容电压。为提高预测的准确性，有的方法提出每个桥臂配备少量电压传感器，定时将预测的子模块电容电压进行复位。这些采用预测电容电压的方法在系统正常运行的，系统处于短暂的不可控状态，对系统非正常状况反应较慢，系统的可靠性将会受到影响。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种模块化多电平换流器的控制方法，本发明能够保证输出电压波形满足工程要求的条件下，大幅度减少电压传感器的数量，并且桥臂子模块数量越多减少的数量越显著。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种模块化多电平换流器的控制方法，所述模块化多电平换流器(MMC)采用三相六桥臂拓扑结构，每相包括上、下两个桥臂，每个桥臂由2^N个SM子模块和1个电感L串联而成，上、下桥臂连接点引出相线；三条相线接入公共电网；N为整数，其中，函数为向上取整；U_dc为由换流器的直流侧电压，U_sm为SM子模块参考电压；

每个SM子模块是一个半桥变流器，由两个IGBT管T1和T2、两个二极管D1和D2和一个电容C构成；其中，IGBT管T1的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成SM的正端，IGBT管T1的集电极与电容C的正极相连，IGBT管T2的发射极与电容的负极相连并构成SM的负端；D1与T1反向并联，D2与T2反向并联；IGBT管T1和T2的门极均接收控制脉冲信号；

每相上桥臂的2^N个SM子模块和1个电感L依次串联，即上桥臂第一个SM子模块的正端与直流侧正极相连；处于中间的第i个SM子模块的正端与第i-1个SM子模块的负端相连，第i个SM子模块的负端与第i+1个SM子模块的正端相连，i＝2，3，…，2^N-1；上桥臂第2^N个SM子模块的负端与电感L一端相连，电感L另一端引出相线；

每相下桥臂的电感L和2^N个SM子模块依次串联，即电感L一端引出相线，电感L另一端与下桥臂第一个SM子模块的正端相连；处于中间的第i个SM子模块的正端与第i-1个SM子模块的负端相连，第i个SM子模块的的负端与第i+1个SM子模块的正端相连，i＝2，3，…，2^N-1；下桥臂第2^N个SM子模块的负端与直流侧负极相连；

直流侧电源中点接地；

对于三相(A相、B相和C相)中的任一相，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、模块分组；

步骤2、稳压控制，采用PI调节器稳定各相所有子模块的电容电压之和；

步骤3、调制，用来确定个模块组的通断状态；

所述步骤1的模块分组，具体包括以下步骤：