[发明专利]一种模块化多电平变换器子模块电容容值监测方法及装置

说明书

本发明公开了一种模块化多电平变换器子模块电容容值监测方法，包括：提出一种子模块电容电压平方振荡分析方法；提出一种可保证误差渐近收敛的子模块电容容值监测方法；基于李亚普诺夫稳定性判据，提出了一种监测环观测参数设计方法；通过实验验证所提MMC子模块电容容值监测方法的有效性。本发明所提出的方法可显著降低MMC子模块电容容值的估计误差。

技术领域

本发明涉及模块化多电平变换器子模块电容监测领域，尤其涉及一种模块化多电平变换器子模块电容容值监测方法。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有模块化程度高、可扩展性、低开关频率、良好的谐波性能等突出优点。因此，在过去的十年中，MMC已经被应用于各种场景，如高压直流系统、电机驱动、电力电子变压器、静止同步补偿器和电池储能系统。因此，MMC在各种应用场景下都是一种很有应用前景的拓扑结构。MMC由每个臂中的大量子模块组成。由于电解电容器具有能量密度高、成本低的优点，因此电解电容器已成为中低压MMC应用的热门选择。电解电容器作为最脆弱的组件之一，在老化过程中，由于电解质汽化等化学反应，电容逐渐下降。电容的降低导致了更高的电容电压波动，过电压和过温风险，并减小了运行域，从而对MMC的安全运行提出了挑战。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

1、传统子模块电容容值监测方法未考虑考虑子模块电容器的平均老化情况；

2、传统子模块电容容值监测方法未针对MMC进行反馈回路设计，且未基于李亚普诺夫稳定性判据，设计监测环估计参数；

上述两方面局限性限制了子模块电容容值监测方法在MMC中的推广应用。

发明内容

本发明提供了一种MMC子模块电容容值监测方法，本发明通过提出一种子模块电容电压平方振荡分析方法，为所提子模块电容容值监测方法提供理论基础；提出一种考虑渐近收敛误差的子模块电容容值监测方法；基于李亚普诺夫稳定性判据，设计了监测环观测参数；通过实验验证所提考虑渐近收敛误差的子模块电容容值监测方法的有效性。详见下文描述：

第一方面，一种MMC子模块电容容值监测方法，所述方法包括：

(1)一种子模块电容电压平方振荡分析方法；

(2)一种可保证误差渐近收敛的子模块电容容值监测方法；

(3)基于李亚普诺夫稳定性判据，提出了一种监测环观测参数设计方法；

(4)通过实验验证所提MMC子模块电容容值监测方法的有效性。

其中，一种子模块电容电压平方振荡分析方法具体为：

对电容器电压的平方振荡进行了分析。MMC的输出电流可以表示为

式中，i_j为输出电流，φ_j为相位角，φ_j＝{0,-2π/3,2π/3}，I_m为输出电流的振幅，为输出电流与电网电压的夹角，ω为电网角频率(ω＝2πf₀)，f₀为电网频率。

桥臂电流表达式为

式中，i_uj和i_lj分别为上、下桥臂电流，i_dc为直流侧电流。

交流侧输出电压参考为

u_j＝U_m cos(ωt+φ_j+δ)