[发明专利]一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略

说明书

本发明公开了一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略，阀控系统接收到桥臂电压调制波之后，根据功率模块电容电压的大小，计算出本周期所需投入的功率模块个数，并与0、桥臂功率模块总个数N_SM、上一周期所投入的功率模块个数N_{on_old}相比较，同时参考桥臂电流是充电还是放电，并结合投入频数，来最终决定投入的功率模块。本发明在实现功率模块电容电压平衡控制时，综合考虑功率模块投入频数与电容电压大小这两个重要参数指标，在满足直流电压需求的同时，让功率模块获得均等的使用寿命，降低设备检修周期。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略。

背景技术

相比于常规直流输电技术，因具备不需无功补偿、没有换相失败问题、有功和功调节便捷、谐波水平低以及适合构成多端直流系统等诸多优点，柔性直流输电相关技术获得了迅速发展，其中以基于MMC(模块化多电平换流器)拓扑结构的柔性直流输电系统最具代表性和技术优势。

如图1所示，MMC由六个桥臂构成，其中每个桥臂由N个级联的功率模块(又称子模块)和一个串联电抗器构成，典型的功率模块按结构不同分为全桥功率模块和半桥功率模块。全桥功率模块包括4个开关模块T1-T4和电容，半桥功率模块包括2个开关模块T1-T2和电容，开关模块则由一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和一个二极管反并联组成。

图2为现有功率模块电容电压平衡策略逻辑图，图中各变量含义为：N_on-本周期需要投入的功率模块个数；N_SM-单个桥臂中功率模块总个数；N_{on_old}-上一周期投入的功率模块个数；N_diff-本周期与上一周期投入的功率模块个数之差；i_arm-桥臂电流，大于零则对功率模块充电，否则，放电；△U_max-功率模块电压差值；△U_{max_ref}-功率模块电压差值参考值。

具体平衡策略为：

阀控系统接收到组控系统送来的调制波后，根据最近电平逼近法计算出需要投入的功率模块个数N_on，若为0，则切除所有功率模块；若等于N_SM则投入所有的功率模块；否则，与上个周期的投入个数N_{on_old}相减得到差值N_diff。

N_diff大于0时，若桥臂电流i_arm＞0，则在已切除的功率模块中，选择N_diff个电容电压最小的功率模块投入，否则，投入N_diff个电容电压最高的功率模块。

N_diff等于0时，若功率模块电压差值△U_max大于参考值△U_{max_ref}，则在已开通和关断子模块中选择电容电压最高最低模块进行倒换，否则，保持不变。

N_diff小于0时，若桥臂电流i_arm＞0，则在已投入的N_{on_old}个模块中切除|N_diff|个电容电压最高的功率模块，否则，切除|N_diff|个电容电压最低的功率模块。

可以看出，现有的基于模块化多电平电压源换流器的柔性直流输电系统，当桥臂电流使功率模块充电时，其功率模块电容电压平衡策略投入电容电压最小的功率模块或者切除电容电压最高的功率模块；当桥臂电流使功率模块放电时，电容电压平衡策略投入电容电压最高的功率模块或者切除电容电压最小的功率模块，该方法仅将电容电压的大小作为唯一的判断标准，却忽略了电子器件均有一定的开关寿命这一重要特征，如果频繁投切相同的功率模块，会导致其使用寿命降低，从而缩短设备检修周期。

发明内容