[发明专利]基于柔性直流输电系统的MMC冗余功率模块控制方法

说明书

本发明公开了基于柔性直流输电系统的MMC冗余功率模块控制方法，在冗余功率模块电容具有初始能量后，会对冗余功率模块进行静态电压平衡控制，在无功率模块故障时，将MMC的冗余功率模块电容电压控制在静态平衡最小值和静态平衡最大值之间。当功率模块发生故障时，旁路开关S第一时间旁路故障功率模块，同时，对冗余功率模块进行充电，冗余功率模块的电容电压将很快达到额定值。当冗余功率模块电容电压达到额定值之后，将故障功率模块在发生故障前的控制信号移植给对应的冗余功率模块，此后，冗余功率模块将像其他的正常功率模块一样健康工作，能够保证柔性直流输电系统运行的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及MMC冗余功率模块控制技术领域，尤其涉及基于柔性直流输电系统的MMC冗余功率模块控制方法。

背景技术

随着高压电力电子技术的发展，VSC(voltage source converter，电压源换流器)在电力系统中的应用日益增多。

作为最具吸引力的VSC拓扑之一，MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平换流器)特别适用于高电压、高功率场合。由于MMC具有模块性、可扩展性、高效率、分布式直流电容器、易于组装、输出谐波非常低的特性，其被广泛应用于高压直流、中压大功率电机驱动和光伏发电系统中。

在柔性直流输电系统中，MMC的可靠性决定了输电系统的稳定性，功率模块的可靠性决定了MMC的安全状态。因此功率模块的故障率也决定了柔性直流输电系统的可靠性。为了提高MMC和柔性直流输电系统的可靠性，在MMC中经常使用冗余的功率模块来替代故障的功率模块。当MMC中的功率模块发生故障时，冗余的功率模块将被激活用于替换故障的功率模块。通过这种方式，柔性直流系统不需要停止工作并且系统的工作寿命也得到有效延长。

但是，如图1所示，由于MMC的模块化级联结构，目前对MMC控制策略的研究主要集中在电压平衡控制、调制方法、电容电压波动抑制和环流控制等方面。对于MMC冗余功率模块控制研究较少。

现有技术中，MMC冗余功率模块控制方法主要分为两类：热备用控制模式和冷备用控制模式。

在热备用控制模式中，所有的冗余功率模块被当作正常运行模块一样参与系统运行，当模块发生故障时，通过切出故障功率模块和在线修改调制命令来实现环路电流的抑制。尽管此方法能够解决模块故障问题，但是，其大大的降低了模块的利用率，增加了系统的损耗。

在冷备用控制模式中，当模块发生故障时，冗余子模块开始充电，同时，通过改变系统调制命令来实现环路电流抑制，当冗余模块电压达到额定值时参与系统运行工作，同时，将调制命令改回成原来的参考值。在此方法中，开始时冗余功率模块电容电压为零，功率模块的控制电路需要采用外部供电来实现正常工作，这增加了系统的成本。其次，此方法需要不停的调整调制命令，使系统的控制复杂化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔性直流输电系统的MMC冗余功率模块控制方法，解决了现有技术中对MMC冗余功率模块的控制方法复杂、成本高的问题。本发明的控制方法简单，功率模块的控制电路无需采用外部供电，能够保证柔性直流输电系统运行的可靠性和稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于柔性直流输电系统的MMC冗余功率模块控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)：设定MMC的冗余功率模块的电容电压的静态平衡最小值和静态平衡最大值，其中静态平衡最小值为MMC的功率模块的额定电压的30％-60％，静态平衡最大值为MMC的功率模块的额定电压的60％-80％，且静态平衡最小值不等于静态平衡最大值；