[发明专利]混合模块化多电平换流器的参数设计与控制方法

说明书

本发明实施例公开了一种混合模块化多电平换流器的参数设计与控制方法，通过三次谐波电压注入和全桥子模块负电平利用方法的协调配合，将混合模块化多电平换流器调制比提高到最优运行点。首先通过三次谐波电压注入方法，将混合模块化多电平换流器的调制比最大程度提高，然后再通过桥臂中全桥子模块级联数目配置使调制比提高到最优点。当混合模块化多电平换流器输出额定有功功率时，调制比运行在最优运行点，可以使桥臂功率波动的基频分量变为零，使子模块电容电压波动大幅降低，大幅降低混合模块化多电平换流器电容用量，并最大程度减小所需的全桥子模块数量，降低装置的总体成本和体积。

技术领域

本发明涉及电压源换流器和柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种混合模块化多电平换流器的参数设计与控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(英文名称为modular multilevel converter,简称MMC)具有易实现大电平数目、谐波性能好、可模块化设计等优势，已经成为柔性直流输电换流器的必然选择。然而，MMC桥臂上存在较大的低频功率波动，其会引起子模块电容电压波动，因此，需要设计较大的子模块电容值以将电压波动限制在允许范围之内。在已有工程中，直流电容在子模块中的体积占比可能达到60％以上，成本占比可能达到40％以上。MMC电容用量巨大会带来较大的成本和体积问题，极大限制了MMC的进一步发展和应用。因此，通过各种手段优化MMC的参数和运行特性一直是研究热点。

常规MMC通常采用半桥子模块，基于全桥子模块也可以构成全桥MMC，或者基于全桥子模块和半桥子模块可以构成混合模块化多电平换流器。相对于只能输出1和0两种电平的半桥子模块，全桥子模块可以输出1、0和-1三种电平。如果在正常运行中利用全桥子模块的负电平输出，可以较大程度地改变混合模块化多电平换流器交、直流电压的变换关系，这也可以看作是一种过调制技术。近年来对混合模块化多电平换流器负电平利用的研究也发现，利用全桥子模块的负电平输出还可以对桥臂功率波动产生较大影响，在全桥子模块负电平利用达到一定程度时，甚至能够使桥臂的基频功率波动分量达到一个极低点。

三次谐波注入是一种常用的过调制手段。通过在调制环节的参考波中注入三次谐波电压，可以降低参考波幅值，提高可实现的最大调制比，提高MMC交流输出电压能力并改善其它运行特性。但是三次谐波注入方法对MMC最大调制比的提高程度比较有限，对MMC运行特性优化的影响也比较有限。

虽然三次谐波注入和负电平利用都可以改变混合模块化多电平换流器交、直流电压变换的关系，但是在已有研究中多是将两类方法分别处理，无法综合两类方法的优势对混合模块化多电平换流器的参数和运行特性进行优化，并使总体的成本和体积达到最优。

发明内容

本发明实施例提供了一种混合模块化多电平换流器的参数设计与控制方法，其能够使得混合模块多电平换流器的调制比运行达到最优点的同时，使所需的增加全桥子模块数目最小，进而使混合模块化多电平换流器的体积和成本最优。

本发明实施例提供的混合模块化多电平换流器的参数设计与控制方法，包括以下步骤：

根据设定好的混合模块化多电平换流器的直流端口额定电压U_dc，和设定好的混合模块化多电平换流器子模块的电容电压额定值U_c，计算生成混合模块化多电平换流器的每个桥臂含有的半桥子模块级联数目N₀，且

根据每个所述桥臂含有的半桥子模块级联数目N₀，计算生成混合模块化多电平换流器的每个桥臂含有的全桥子模块级联数目K，且

根据设定好的混合模块化多电平换流器的直流端口额定电压U_dc，确定混合模块化多电平换流器的交流电压有效值U_ac，且