[发明专利]一种用于级联式换流器的实时均压方法

说明书

技术领域

本发明涉及级联式换流器的均压方法，具体涉及一种用于级联式换流器的实时均压方法。

背景技术

级联式换流器是用多个子换流器级联起来形成高压换流器的一种电路形式，是高压大容量电力电子装置最经常采用的一种技术路线，近年来，级联式换流器发展迅速，比如半桥级联式换流器、H桥级联式换流器、模块化多电平式换流器、基于变压器隔离的级联式换流器，等等。这些换流器有的用于高压变频，有的用于无功补偿，有的用于柔性直流输电，有的用于电网潮流控制。

不论级联式换流器的具体拓扑采用何种形式，通常把每个用于级联的子换流器称为“模块”。每个模块都有直流侧电容器，该电容器上的电压称为模块的“直流电压”。直流电压的高低决定了模块中电力电子器件的安全与否以及模块的工作性能是否良好。级联式换流器在运行时，各相所有模块的直流电压的总和通常是保持不变的。如果其中某个或多个模块的直流电压下降了，那么必然导致其他模块的直流电压上升，这种现象叫做“直流电压失衡”。直流电压失衡严重时，某个或多个模块的直流电压会超过限定值，触发换流器的保护动作，甚至造成该模块中的电力电子器件失效。因此，要保证级联式换流器的安全稳定运行，一个重要的前提是各个模块的直流电压要时时刻刻保持均衡，称为“均压”。

换流器的控制器依靠一定的算法来调整各个模块中电力电子器件的驱动脉冲，从而调整直流电压，实现模块均压。目前，典型的均压方法主要包括两种：

(1)按照一定的规律，轮换各个模块的脉冲。比如，对于一个模块级联数为n的换流器，模块的编号为k={1,2,…,n-1,n}；那么，每过1个工频周期，就把当前第k个模块的脉冲切换给第k+1个模块(其中第n个模块的脉冲切换给第1个模块)；如此轮换不停。

(2)为每一个模块设置专门的直流电压控制算法。比如，第k个模块的直流电压参考值为u_dc^*(k)，实际直流电压为u_dc(k)，依靠PI调节器，使得u_dc(k)逐步趋向u_dc^*(k)。

根据各模块直流电压达到均衡的速度、精度以及算法的开销，可以判定均压方法的优劣。对于上述第(1)种方法，其优点是算法简单，开销很低；但是，它每过1个工频周期才对直流电压调整一次，均压速度很慢，往往需要几十毫秒甚至几秒；而且，不论均压情况如何，都按照一定的规律机械的轮换脉冲，有时有助于均压，有时却加剧失衡，难以实现良好的均压精度。对于上述第(2)种方法，其优点是能够实时的进行均压控制；但是，随着模块级联数量n的增大，算法开销也显著增加，实现的难度增大；此外，均压速度和精度也受制于PI调节器的特性，且均压调节过程容易出现超调和振荡，在暂态过程中电压失衡有所加剧，危及模块的运行。

因此，本发明提出一种新的均压方法，算法简单、均压速度快、精度高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于级联式换流器的实时均压方法，具有算法简单、均压速度快、精度高的特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于级联式换流器的实时均压方法，对于级联式换流器中的m个模块，所述m小于等于模块级联总数，在每一个AD周期内，控制器都会获得m个模块的直流电压，记为{u_dc(1),u_dc(2),...,u_dc(m-1),u_dc(m)}；同时，控制器也会为各个模块生成m个脉冲组合，在m个脉冲组合传输给各个模块之前，在当前AD周期内，进行以下3个步骤：

步骤1：找出直流电压最高的x个模块，1≤x＜m，并根据其数值从大到小依次将模块编号记为k_uH(1),k_uH(2),…,k_uH(x-1),k_uH(x)；找出直流电压最低的y个模块，1≤y＜m，并根据其数值从小到大依次将模块编号记为k_uL(1),k_uL(2),…,k_uL(y-1),k_uL(y)；