[发明专利]一种阶调式模块化多电平换流器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种阶调式模块化多电平换流器及其控制方法，所述换流器包括上桥臂、下桥臂和子模块控制单元，所述上桥臂和所述下桥臂均包括有串联连接的多个逆变单元，每个逆变单元包括有至少两个串联连接的子模块，每个逆变单元中的所有子模块中的电容容值均相等，不同逆变单元之间的子模块中的电容容值均不相等；所述控制方法包括采用下述过程控制所述子模块的投切状态：在调制波阶跃后，首先执行第一轮投切控制，使得投切控制后的桥臂电压大于或小于调制要求电压；然后执行第二轮投切控制，使得投切控制后的桥臂电压等于调制要求电压。本发明的阶调式模块化多电平换流器及其控制方法适用于直流输电系统。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体地说，是涉及一种阶调式模块化多电平换流器及其控制方法。

背景技术

随着电力系统的不断发展，电力系统的规模也在不断扩大，输电电压等级也越来越高，直流输电已经成为我国电力输电的重要组成部分。模块化多电平换流器（MMC）作为电压源型换流器，由多个级联的子模块（SM）组成，这些子模块可以是半桥子模块或者全桥子模块。MMC以其便于模块化设计、制造升级灵活、维护方便等优点而成为先进的电力电子变换器，被广泛应用于柔性直流输电系统中。

传统的MMC中，所有子模块SM具有相同的输出电压，因而，利用上下桥臂中的子模块的输出组合成最终所需电平的方式有限。随着电力系统电压等级的不断升高，要得到更多输出电平，MMC桥臂中串联的子模块数量增多，不仅大大增加了硬件成本，也使得MMC的控制过程更加复杂。

为了能够采用少量的子模块获得更多的输出电平，现有技术出现了阶调式模块化多电平换流器（GC-MMC）。中国专利申请CN109104110A公开了一种阶调式模块化多电平换流器，每个桥臂设置有多个串联连接的子模块，子模块的电容值各不相同，且满足二进制比例关系。利用这种结构的阶调式模块化多电平换流器，单个桥臂设置三个串联连接的子模块，能够得到15个电平的理论总输出电压；单个桥臂设置四个串联连接的子模块，能够得到31个电平的理论总输出电压。这种结构的阶调式模块化多电平换流器虽然能够用较少的子模块得到更多的输出电平，但是在进行子模块投切控制时，为保证各子模块电容电压的稳定，需要采用穷举法的稳压控制策略，进而导致稳压策略只能适用于子模块较少的情况，如果子模块数量多于5个，穷举法难以实现。另一方面，由于这种结构的换流器实际应用时子模块数量较少，导致此种换流器产生的电平数量少。而电平数量少，如果应用于高压，单个子模块承受的电压值过高，超过电容工作电压，造成子模块的损坏。因而，现有阶调式模块化多电平换流器难以实际应用于直流输电系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用直流输电系统的阶调式模块化多电平换流器及其控制方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的控制方法采用下述技术方案予以实现：

一种阶调式模块化多电平换流器的控制方法，所述阶调式模块化多电平换流器包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括有串联连接的多个逆变单元，每个逆变单元包括有至少两个串联连接的子模块，每个逆变单元中的所有子模块中的电容容值均相等，不同逆变单元之间的子模块中的电容容值均不相等；

所述控制方法包括采用下述过程控制所述子模块的投切状态：

在调制波阶跃后，首先执行第一轮投切控制：若当前桥臂电压小于调制要求电压，正投入第一选定子模块组，且使得正投入所述第一选定子模块组后的桥臂电压大于所述调制要求电压；若当前桥臂电压大于所述调制要求电压，反投入第二选定子模块组，且使得反投入所述第二选定子模块组后的桥臂电压小于所述调制要求电压；