[发明专利]一种优化MMC平均开关频率的均压控制方法有效

专利信息
申请号: 202110120826.1 申请日: 2021-01-28
公开(公告)号: CN112865568B 公开(公告)日: 2022-02-11
发明(设计)人: 罗永捷;宋勇辉;贾赞;李奇芬;蒲羿 申请(专利权)人: 重庆大学
主分类号: H02M7/219 分类号: H02M7/219;H02M7/483;H02M7/5387
代理公司: 重庆博凯知识产权代理有限公司 50212 代理人: 周玉玲
地址: 400044 *** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 一种 优化 mmc 平均 开关 频率 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种优化MMC平均开关频率的均压控制方法,以子模块轮换数优化方法为核心,将标记投入组与投入组重排序形成重排序组,并从所述重排序组中选择子模块设置为切除,标记投入组中未被选中设置为切除的子模块则设置为投入,有效规避了投入组的个别子模块电压高于或低于切除组个别子模块电压的情况,消除了非必要子模块轮换投切,既能保证电压均衡效果,又能降低MMC系统的开关频率。在子模块轮换数优化方法的基础上,本发明通过增加前置判断来决定在实际运行工况下是否需要启动子模块轮换数优化程序,则能进一步降低开关频率。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域,具体涉及一种优化MMC平均开关频率的均压控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与两电平和三电平换流器不同,采用多个子模块级联的方式,具有扩展性高、输出波形质量高、损耗较低等优点,逐渐成为了高压直流输电领域内的研究热点。随着容量与电压等级的不断提高,高压大容量MMC系统中子模块和功率半导体器件的数量也迅速增多,由此导致换流阀运行损耗问题日益凸显。

目前国内外已投运MMC-HVDC系统广泛采用最近电平逼近调制(nearest levelmodulation,NLM)和排序均压控制策略。这种方法具有简便易用,可靠性高的优点,尤其适用于电平数高的高压大容量MMC应用领域。但在传统的排序均压策略下,MMC桥臂内子模块根据桥臂参考电压变化和桥臂电流方向快速投切,通过电容充放电实现电容能量的均衡控制。这种方式下,MMC正常运行时微小的电容暂态能量差异会导致大量子模块的高频投切,产生高额的开关损耗,一定程度上制约了该方法的应用。针对上述问题,国内外学者提出了一系列的改进均压方法,包括引入保持因子、能量均衡因子、双保持因子,设置子模块电容电压最大电压偏差阈值,设置子模块电容电压上下限等多种均压策略。

在上述研究的基础上,中科院电工所李子欣等人提出了一种工程实用化的低开关频率均压控制策略,通过固定每个控制周期的模块轮换数实现MMC系统开关频率的优化。该方法简单易行,可定量计算开关频率。但由于该方法中每个控制周期的模块轮换数固定,无法针对不同情况下桥臂内子模块的投切状态进行动态调整,会产生不少非必要的子模块轮换投切,其开关频率仍需进一步优化。

发明内容

针对上述技术的不足,本发明提供了一种优化MMC平均开关频率的均压控制方法,解决现有技术无法根据不同情况下桥臂内子模块的投切状态对固定轮换数动态调整,从而造成不必要的子模块轮换投切的技术问题。

为解决上述技术问题,本发明提供一种优化MMC平均开关频率的均压控制方法,包括以下步骤:

对所有子模块电容电压进行排序,将同一桥臂内的子模块分为投入组与切除组;

判断相邻周期调制输出导通模块数差值Δnref是否大于0;若Δnref≥0,表明投入组需要增加|Δnref|个子模块以保证必要投切;若Δnref<0,表明投入组需要减少|Δnref|个子模块以保证必要投切;

在保证系统稳定运行的前提下,即保证必要投切子模块数的前提下,对用于实现均压效果的子模块轮换数进行优化,按如下方式:

当Δnref≥0,根据MMC的充放电状态,在切除组中选Δnref+Nb个电容电压最小或最大子模块标记投入形成标记投入组,Nb表示固定轮换数;然后将标记投入组与投入组重排序形成重排序组,并从所述重排序组中选择Nb个电容电压最大或最小子模块设置为切除,标记投入组中未被选中设置为切除的子模块则设置为投入,从而保证必要投切子模块数并实现对子模块轮换数的优化;

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