[发明专利]一种模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统的模块化多电平变流器的功率模块电容电压的均压方法。

技术背景

模块化多电平变流器的重要特点是输出电压电平数较高，通常达到几十甚至上百。此时不同的PWM调制方法的谐波性能差异已经退居其次，保证功率单元模块电容电压平衡是MMC变流器稳定运行最关键的问题。

传统的模块化多电平变流器的功率模块电容电压的均压方法是在一个控制周期内对同一桥臂所有功率模块电容电压进行排序，然后按照桥臂电流方向选择需要投入或者退出工作的功率模块。如果功率模块数越多，则排序时间在整个控制周期内所占的比重越大。功率模块数多到一定程度，排序时间所占的比重将会严重影响控制算法的实现，严重的情况可能导致整个控制算法无法实现。

专利CN102130619A提出了一种模块化多电平变流器功率模块电容电压的均压控制方法。该发明根据桥臂电流的方向及输出电压的变化来选取需要投入或者退出工作的功率模块。需要增加投入或者退出工作的功率模块时只需要对处于退出或者投入工作的功率模块电容电压进行排序。这显然能够减少需要排序的功率模块电容电压个数，但是也有需要对桥臂一半功率模块进行排序的可能，并且需要增加每个功率模块电容电压的限幅操作来达到电容电压的均压，增加了程序复杂度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的排序时间较长，均压控制程序较复杂而提出的一种多电平模块化变流器功率模块电容电压的均压方法。本发明提出的方法可以极大的减少排序时间。如果选择最优分组，就可以使需要排序的数据个数比传统方法降低一个数量级，比如如果传统方法需要对100个数进行排序，而本发明在选择最优分组时需要排序的数据个数仅为10。另外本发明不需要对功率模块电容电压进行其它额外的控制来达到功率模块电容电压的均压。

本发明采用下述方案实现本发明的目的，具体步骤为：

1）对同一桥臂功率模块进行分组；

2）对组内功率模块电容电压排序；

3）计算每一组功率模块电容电压的平均值；

4）对所有组的功率模块电容电压平均值排序；

5）采用闭环控制算法计算出需要投入或者退出工作的功率模块的数量，根据桥臂电流方向选择需要投入或者退出工作的组；

6）计算出每组需要投入或者退出工作的功率模块数量；

7）根据桥臂电流方向选择组内需要投入或者退出工作的功率模块。

本发明均压方法的一个方案是：所述步骤1）中，对同一桥臂功率模块进行分组可以进行任意分组，每组内的模块数量可以不相同，最优分组是组的数量和组内功率模块数量接近或者相等。

本发明均压方法的另一个优选方案是：所述步骤2）中，对组内功率模块电容电压排序，排序结果可以按照从小到大排列，也可以从大到小排列。

本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤4）中，对所有组的功率模块电容电压平均值排序，排序结果可以按照从小到大排列，也可以从大到小排列。

本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤5）中，如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行充电的方向，则选择功率模块电容电压平均值最低的组投入工作，功率模块电容电压平均值最高的组退出工作；如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行放电的方向则选择功率模块电容电压平均值最高的组投入工作，功率模块电容电压平均值最低的组退出工作；闭环控制算法计算出的需要投入或者退出工作的功率模块的数量决定需要投入或者退出工作的组数。

本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤6）中，由步骤5）选出的需要投入或者退出工作的组数如果大于1，则最后选出的组组内的功率模块部分投入或者退出工作，投入或者退出工作的功率模块的个数等于需要投入的功率模块的总个数减去其它选出的组的全部功率模块的个数，其它选出的组内的功率模块全部投入或者退出工作；由步骤5）选出的需要投入或者退出工作的组数如果等于1，则选出的组组内的功率模块投入或者退出工作的个数等于需要投入的功率模块的总个数。

本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤7）中，由步骤6）计算出每组需要投入或者退出工作的功率模块的个数，如果桥臂电流方向是对功率模块电容进行充电的方向，则选择组内功率模块电容电压最低的功率模块投入工作，功率模块电容电压最高的功率模块退出工作；如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行放电的方向，则选择组内功率模块电容电压最高的功率模块投入工作，功率模块电容电压最低的功率模块退出工作。

附图说明

图1为本发明均压方法的流程图。