[发明专利]一种基于MMC拓扑结构的控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于MMC拓扑结构的控制系统，包括主控制器和子模块控制器，其中，主控制器向子模块传输调制波信息，由子模块控制器根据子模块的本地信息得到子模块调制波补偿量，将子模块调制波补偿量与调制波信息叠加，实现对子模块的均衡控制。本发明简化了MMC系统内部的信息交换，降低了子模块均衡造成的通信压力以及主控制器的计算负担，节约成本。本发明还公开了一种基于MMC拓扑结构的控制方法，通过子模块控制器实现子模块均衡控制。

技术领域

本发明涉及电力系统运行和控制技术领域，具体地，涉及一种基于模块化多电平换流器(MMC，Modular Multilevel Converter)拓扑结构的控制系统及方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的日益加剧，MMC凭借其更好的电能质量，更灵活的配置方案，更强大的冗余能力受到广泛关注和应用。这种变流器拓扑具备高度的模块化结构，具备很强的拓展能力，而被广泛应用在电机驱动、静止无功补偿器、电力牵引、电力电子变压器以及柔性直流输电系统中。除常规使用MMC用作高压直流输电的变换器拓扑(如图1所示)，也可将MMC拓展为储能系统，用以提供功率补偿。

图1是三相MMC系统拓扑结构示意图，如图1所示，每相包括上下两个桥臂，每个桥臂分别由一个桥臂电感L和n个子模块(上桥臂子模块SM_p1、SM_p2……SM_pn，下桥臂子模块SM_n1、SM_n2……SM_nn)级联形成，上下桥臂通过各自的桥臂电感L连接形成交流输出端。图2a是图1所示的MMC系统中子模块半桥结构示意图，如图2a所示，每个子模块SM包括串联的开关器件T₁和T₂，且T₁和T₂分别反并联一个二极管D₁和D₂，在T₁和T₂串联支路的两端并联一个电容器C。

对于三相MMC储能系统拓扑结构，其与图1所示MMC系统的区别在于子模块直流侧是否接入了储能装置。图2b是MMC储能系统中子模块半桥结构示意图，其中，Bat表示储能电池，代替电容器C并联于开关器件T₁和T₂串联支路的两端。

传统的基于MMC拓扑结构的控制系统仅有主控制器，为保证MMC的正常运行，主控制器通常采用开环或闭环控制。对于MMC来说，集中式主控制器需要实现三个控制目标：环流控制、子模块均衡控制和功率电压控制。一般为了实现子模块的均衡控制(包括普通子模块电容电压均衡或储能子模块电池SOC均衡控制)需要采集子模块实时信息，具体地，控制子模块电容电压均衡需要采集子模块电容电压信息，控制储能子模块电池SOC均衡需要采集储能子模块电池SOC信息。图3是传统集中式主控制器数据传输示意图，如图3所示，将采集到的信息通过高速的信号传输线传送到总控制器，总控制器经过一系列计算、比较、控制器调节等环节，得到每个子模块调制波，再将调制信息快速传输到每个子模块。以上控制虽然可以有效的保证子模块均衡控制，但对于MMC少则几十个、多则几百个子模块的拓扑结构来说，对于信息传输的数量、速率以及总控制器的运算能力要求极高，大大增加了由于MMC控制子模块均衡造成的通信压力以及主控制器的计算负担。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种基于MMC拓扑结构的控制系统及方法，简化了子模块与总控制器之间的信息交换，以解决现有MMC拓扑结构的控制系统由于子模块均衡控制造成的通信压力大以及主控制器的计算负担大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的一个方面是提供一种基于MMC拓扑结构的控制系统，包括：

主控制器，用于向所述MMC拓扑结构中的子模块发送调制波信息；以及