[发明专利]一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法

说明书

本发明公开了一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法，该控制方法通过在阀侧电压调制波中注入三次谐波，降低了每个桥臂需要输出的最大电压值，从而降低每个子模块的电容电压，有效降低了开关器件承压。相对于现有技术，采用本发明控制策略能够同时降低开关器件承受的最大电压和平均电压，不会增加子模块体积和模块化多电平换流器的运行损耗。

技术领域

本发明属于电力电子系统技术领域，具体涉及一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的蓬勃发展，基于模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)的高压直流输电(HighVoltage Direct Current，HVDC)技术正受到越来越多的关注。模块化多电平换流器作为一种适用于高压直流输电场合的电压源换流器(voltage source converter，VSC)拓扑，最初在2001年被提出。和其他电压源型换流器拓扑相比，模块化多电平换流器具有显著优势，由于采用基本运行单元级联的形式，该拓扑避免了大量开关器件直接串联，不存在一致触发等问题,使得电力电子器件的动态均压和一致触发等工业上的难点问题得以解决。同时，模块化多电平换流器的子模块结构使得电力电子器件的开关频率得到了有效降低，从而降低了换流站的运行损耗。该拓扑可在保证经济性的同时输出高品质电压波形，因此近年来被迅速应用到新能源并网、海上风电送出等场合。

典型的三相模块化多电平换流器的系统结构如图1所示，为三相六桥臂结构，包含三个相单元，每个相单元包含上下两个桥臂，每个桥臂由N个半桥子模块和一桥臂电抗器串联组成，用于将交流电网的三相交流电转换为直流电；半桥子模块输出电压存在正和零两种电平，桥臂电抗器能够抑制桥臂换流，在直流故障时起到抑制故障电流上升，保护IGBT等器件的作用。

由于三相模块化多电平换流器将换流器的能量分散储存在了各个子模块电容内，导致在子模块电容为有限值的情况下，三相模块化多电平换流器运行状态中的电容电压波动是无法避免的。每个子模块会根据开关器件的动作在投入状态和切除状态之间切换，同时桥臂电流也随之对投入中的子模块电容进行充放电，引起子模块电容电压的波动。而子模块中各个开关器件需要承受的最大电压就是电容电压的最大值。因此为了降低开关器件承受的最大电压，目前有2种可行的途径，第一种途径为为降低子模块电容电压波动率上，第二种途径为降低稳定运行状态下的子模块电容电压。

已有的方法一般集中在第一种途径上，即将子模块电容电压控制为额定值的情况下，通过减小子模块电容电压波动降低子模块电容电压最大值，从而减小开关器件承受的电压。其中主要分为增大电容和注入桥臂环流两种方法，其中增加电容会同时增加换流阀的制造成本和体积，而注入桥臂环流的方法则会增加模块化多电平换流器的运行损耗。

因此，如果能提出一种控制策略，能够降低运行中的子模块电容电压，使其低于额定值，便能同时减小开关器件长期承受的平均电压和最大电压，在提高换流器的运行可靠性，延长开关器件使用寿命以及降低开关器件损耗等方面均具有较高的效益。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法，该控制方法通过在阀侧电压调制波中注入三次谐波，降低了每个桥臂需要输出的最大电压值，从而降低每个子模块的电容电压，有效降低了开关器件承压。

一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法，包括如下步骤：

(1)在MMC阀侧各相相电压的调制波中加入三次谐波分量；

(2)对于MMC任一相单元，根据加入三次谐波分量后的调制波计算该相单元的上桥臂电压和下桥臂电压；

(3)计算确定MMC的桥臂电压最大值；

(4)根据所述桥臂电压最大值计算确定MMC子模块电容电压的参考值；