[发明专利]一种模块化多电平换流器子模块电容值在线估计方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平换流器子模块电容值在线估计方法，包括以下步骤：步骤S1:根据MMC拓扑结构，构建子模块电容电压模型；步骤S2:根据模块电容电压模型，采用LMS算法，得到各子模块电容器的估计电压；步骤S3:利用桥臂电压作调制信号，与三角载波对比决定上、下桥臂导通子模块的数量;步骤S4:分别对上、下桥臂的电容器的估计电压进行降序排序，监测桥臂电流的方向，判断桥臂电流对桥臂中处于投入状态的子模块的充放电情况；步骤S5:根据上、下桥臂电流正负情况确定具体子模块导通情况；步骤S6:根据子模块导通情况、各子模块电容器的估计电压和桥臂电流，建立电容、电压及电流的数学模型，实时估计子模块电容值。

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器子模块电容值在线估计方法。

背景技术

近年来，模块化多电平换流器引起了广泛的关注，区别于传统的换流器，这种换流器的拓扑结构具有可拓展性、灵活性、低开关损耗和谐波水平低等特点。MMC系统是整个柔性直流输电系统的核心部分，而其桥臂上大量级联的子模块是MMC系统的重要组成部分。MMC的每个桥臂一般包含几十甚至上百个子模块，而一个子模块又由若干个电容器、IGBT组成，无论哪一个元件由于老化而引起的故障都将给整个系统的安全带来隐患。金属化膜电容器具有自愈性强等优势，是MMC换流阀的主流选择。但正是由于这种自愈性，使得电容值在运行过程中不断减少，加速了电容器的老化。目前的研究表明，当容值下降量超过初始容值的5％时，电容器的性能就不再可靠，并以5％的容值下降量为金属化膜电容器工作寿命终止的指标。当容值下降量超过一定界限时，电容器的性能便急剧恶化，介质损耗迅速上升，容值也迅速衰减，导致电容值过低，将给换流器运行带来隐患，因此，实时估计子模块电容值是十分必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器子模块电容值在线估计方法，

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模块化多电平换流器子模块电容值在线估计方法，包括以下步骤：

步骤S1:根据MMC拓扑结构，构建子模块电容电压模型；

步骤S2:根据模块电容电压模型，采用LMS算法，得到各子模块电容器的估计电压；

步骤S3:利用桥臂电压作调制信号，与三角载波对比决定上、下桥臂导通子模块的数量；

步骤S4:分别对上、下桥臂的电容器的估计电压进行降序排序，监测桥臂电流的方向，判断桥臂电流对桥臂中处于投入状态的子模块的充放电情况

步骤S5:根据上、下桥臂电流正负情况确定具体子模块导通情况；

步骤S6:根据子模块导通情况、各子模块电容器的估计电压和桥臂电流，建立电容、电压及电流的数学模型，实时估计子模块电容值。

进一步的,所述步骤S1具体为：

步骤S11:根据MMC拓扑结构，假设任意时刻t_i的控制门级的信号为S(t_i)，则S(t_i)的表达式为：

步骤S12:将桥臂的电压传感器连接在臂的顶部和同一臂的底部之间获取桥臂电压，而电流传感器串入桥臂中获取桥臂电流；n电平的MMC桥臂电压与单个子模块电压、半导体开关的关系可以推导为：

u_p(t₀)＝S₁(t₀)U_C1(t₀)+…+S_n(t₀)U_Cn(t₀)