[发明专利]一种优化的MMC子模块电容电压动态均衡控制方法

说明书

一种优化的MMC子模块电容电压动态均衡控制方法，包括以下步骤：首先确定出子模块电容电压最大允许波动的范围，对当前该MMC桥臂上的子模块电容电压进行均衡控制，若该桥臂上某个子模块电容电压超过了规定的最大允许波动范围，则采用基于改进排序的子模块电容电压直接均衡方法；若该桥臂上所有子模块电容电压都处于规定范围之内，则采用无需排序的子模块电容电压均衡控制方法；本发明能够大大减少因排序问题而导致控制系统计算量过大的问题。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种优化的MMC子模块电容电压动态均衡控制方法。

背景技术

近些年来，模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC，中文名称为模块化多电平变换器)因其诸多优点在高压直流输电、高压大功率电机驱动等领域获得了大力发展，但在MMC研究与应用过程中一直存在MMC子模块电容电压动态均衡问题需要解决，使得国内外很多学者投入大量的精力来研究子模块电容电压动态均衡控制技术，可见对该技术的研究具有十分广阔的应用前景。

关于MMC子模块电容电压均衡控制方法，传统的方法主要有三类：

第一类是通过增加外部的电压均衡电路来实现子模块电容电压的均衡。该类方法的优点是控制电容电压均衡的程序算法简单，缺点是需要增加额外的硬件电路，加大了系统的设计成本和复杂度，降低了系统的可靠性。

第二类是基于MMC子模块电容电压排序的直接电压均衡方法，其核心原理是在某一时刻采集每个桥臂内所有MMC子模块的电容电压，然后对所有MMC子模块电容电压的大小按照相应的排序方法(例如冒泡排序法、希尔排序法、归并排序法等)进行排序，并结合相应的调制方法以及桥臂的电流方向，确定投入或切除MMC子模块的数量和对应的子模块。此类电容电压均衡控制策略的优点是原理简单且实现容易；缺点是仅仅通过排序会使得控制系统的计算量大、开关器件的动作频率快以及开关器件的损耗大，尤其是当每个桥臂上的MMC子模块较多时，上述劣势更为显著。

第三类是为MMC子模块增加独立的均压控制和稳压控制两个附加电压闭环控制器。均压控制是控制整个相单元MMC子模块电容的平均电压，稳压控制是控制每个桥臂内部的各个MMC子模块电容电压均衡。此类电容电压均衡控制策略的优点是各个开关器件的动作频率是确定的，不引起额外的开关损耗；缺点是稳压控制器包含有多个子控制器(一般为比例控制器)，对其参数整定较为困难，尤其是当子模块数量越多时，控制器参数整定就越困难。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种优化的MMC子模块电容电压动态均衡控制方法，以解决背景技术中提到的目前第二类基于MMC子模块电容电压排序的直接电压均衡方法中控制系统的计算量大的问题，在一定程度上能够减少开关管的动作次数，进而减少开关损耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种优化的MMC子模块电容电压动态均衡控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据控制系统选用的调制策略计算出某一时刻MMC各桥臂需要投入的MMC子模块数N_{_on}，每个桥臂有N个MMC子模块，则该桥臂需要切除的子模块数为N_{_off}＝N-N_{_on}；若N_{_on}＝N，则投入该桥臂上的所有MMC子模块；若N_{_on}＝0，则切除该桥臂上的所有MMC子模块；此时结束本次MMC子模块电容电压动态均衡控制，等待下一次判断分析；若0＜N_{_on}＜N，则需进入下述步骤进行判断分析；

步骤2，采集当前时刻该桥臂内各MMC子模块的电容电压值U_ck(k＝1,2,3,...,N)，以及桥臂电流值i_arm；