[发明专利]一种混合型MMC的过调制均压方法

说明书

本发明公开一种混合型MMC的过调制均压方法，其特征是：根据混合型MMC的桥臂电流、子模块电容电压以及桥臂给定输出电压来确定半桥和全桥子模块的运行状态。本发明的有益效果是：通过对全桥和半桥子模块的充放电时间进行调整，有效减小了混合型MMC在过调制工况下全桥子模块的电容电压波动，在子模块电容容值不变的情况下，提高了输出电压的质量。

技术领域

本发明涉及多电平电力电子变换器领域的电容电压控制方法，具体是一种混合型MMC的过调制均压方法。

背景技术

基于电压源型换流器(VSC)的柔性直流输电技术，由于采用了全控型开关器件，具有输出特性好、可独立控制有功功率和无功功率、可以向无源网络供电等优点，在新能源发电并网、交流电网异步互联、远距离负荷供电等领域具有广阔的应用前景。模块化多电平换流器(MMC)因其具有模块化设计、开关损耗低、输出谐波特性好等诸多优点已成为当前柔性直流输电工程中换流阀的首选拓扑结构。但由于经典MMC拓扑仅含有半桥子模块，不具备直流短路故障穿越能力，无法阻断故障电流，因此需要依靠交流断路器或直流断路器实现故障的清除。混合型MMC含有半桥和全桥两种子模块，可利用全桥子模块的负电平输出特性实现直流短路故障的穿越，同时利用此特性还能够实现过调制运行。

子模块电容电压均衡是MMC稳定运行的基础，现有的均压控制策略主要包括电容电压闭环控制、排序均压控制两种。电容电压闭环控制需要引入PI或PR控制器，在子模块数量较多时，控制参数设计复杂，而排序均压控制则无需考虑控制参数的问题，因此应用较为广泛。混合型MMC在过调制工况下，全桥子模块要工作在正电平、零电平和负电平三种状态，而半桥子模块只能工作在正电平和零电平两种状态，因此若采用常规的排序均压算法，全桥子模块的电容电压波动会变大，降低了变换器的输出电压质量。

发明内容

针对上述技术背景中存在的问题，本发明提供一种混合型MMC的过调制均压方法，对全桥和半桥子模块的充放电时间进行了调整，有效减小了全桥子模块的电容电压波动，在子模块电容容值不变的情况下，提高了输出电压的质量。

为了实现上述功能，本发明一种混合型MMC的过调制均压方法，根据混合型MMC的桥臂电流、子模块电容电压以及桥臂给定输出电压来确定半桥和全桥子模块的运行状态，包括如下步骤：

(1)根据控制算法，得到混合型MMC各桥臂的给定输出电压u_{rj_ref}，其中，r＝p、n，p、n分别表示混合型MMC的上、下桥臂，j＝a、b、c，分别表示三相混合型MMC的各相；桥臂投入的子模块的个数N_rj＝|round(u_{rj_ref}/U_c)|，其中，round()是四舍五入函数，U_c是子模块电容电压给定值。

(2)若u_{rj_ref}0，i_rj0，i_rj是混合型MMC的桥臂电流。此时，选择N_rj个电容电压高的全桥子模块，输出负电平。

(3)若u_{rj_ref}0，i_rj0，且d(u_{rj_ref})/dt≥0。此时，如果半桥子模块电容电压平均值u_{crj_eq}U_c，选择N_rj个电容电压低的子模块，输出正电平；如果半桥子模块电容电压平均值u_{crj_eq}≥U_c，且N_rj≤F，F是每个桥臂全桥子模块的个数，选择N_rj个电容电压低的全桥子模块，输出正电平；如果半桥子模块电容电压平均值u_{crj_eq}≥U_c，且N_rjF，选择全部的全桥子模块和(N_rj-F)个电容电压低的半桥子模块，输出正电平。