一種全橋mmc電容電壓的均衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟：（1）建立正投入記錄庫、負(fù)投入記錄庫和切除記錄庫；（2）找出記錄庫和橋臂上電容電壓最大和最小的子模塊；（3）根據(jù)橋臂電平、橋臂電流和電容電壓等信息，經(jīng)過邏輯判斷選擇出需要投切的子模塊；（4）對已選擇的子模塊進行相應(yīng)的投切操作，并對記錄庫進行數(shù)據(jù)更新。本發(fā)明方法不僅能夠在維持電容電壓穩(wěn)定的情況下有效降低子模塊的開關(guān)頻率，減少換流器損耗，同時還能免去排序問題所帶來的系統(tǒng)控制頻率下降，系統(tǒng)運行性能惡化等問題。
【專利說明】一種全橋圖C電容電壓的均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自R.Marquardt教授提出基于半橋子模塊級聯(lián)構(gòu)成的半橋模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)后,近年來,半橋MMC技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展,世界各國專家學(xué)者對其開展了廣泛而深入的研究。全橋MMC采用全橋型子模塊級聯(lián)而成，與半橋MMC相比，全橋MMC具有更加靈活和優(yōu)越的特性，如直流故障穿越能力，與傳統(tǒng)晶閘管換流器構(gòu)成的混合直流輸電系統(tǒng)具有更好的潮流反轉(zhuǎn)能力等，具有更加廣闊的應(yīng)用空間。
[0003]子模塊電容電壓是否平衡嚴(yán)重影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其均衡控制策略是MMC-HVDC(高壓直流輸電)的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)研究，一般有兩種方法:一是每個子模塊通過引入電壓控制回路實現(xiàn)電容均壓控制；二是根據(jù)每個子模塊的電容電壓值，通過排序合理選擇MMC的脈沖調(diào)制算法實現(xiàn)，也是目前最為常用的方法。第一種方法需要較多比例積分控制器，當(dāng)子模塊數(shù)量非常龐大時有一定的實現(xiàn)難度。第二種方法主要存在如下兩點缺陷:1、子模塊的開關(guān)頻率增加，進而增大換流器損耗，影響經(jīng)濟效益；2、排序和選擇算法占用運算資源較多，即使是快速排序算法(時間復(fù)雜度為O(NlogN)，N為橋臂子模塊個數(shù))，當(dāng)子模塊個數(shù)達(dá)到一定程度時，將占用較大的計算資源，影響系統(tǒng)控制頻率，進而影響系統(tǒng)運行性能。
[0004]屠卿瑞、徐政、鄭翔等在標(biāo)題為一種優(yōu)化的模塊化多電平換流器電壓均衡控制方法(電工技術(shù)學(xué)報，2011，26 (5):15-20.)的文獻(xiàn)中針對上述第一點缺陷提出了一種優(yōu)化方法，能夠有效降低開關(guān)頻率，但未解決第二點缺陷?，F(xiàn)有其他技術(shù)也未有效解決排序算法所帶來的計算量大、資源占用多等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，不僅能夠在維持電容電壓穩(wěn)定的情況下有效降低子模塊的開關(guān)頻率，減少換流器損耗，同時還能免去排序問題所帶來的系統(tǒng)控制頻率下降，系統(tǒng)運行性能惡化等問題。
[0006]一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟:
[0007](I)對于MMC的任一橋臂,建立三個記錄庫:正投入記錄庫、負(fù)投入記錄庫和切除記錄庫；在初始時刻，對橋臂內(nèi)的各子模塊進行檢測，并將輸出電平為正、負(fù)或零的子模塊對應(yīng)分配至正投入記錄庫、負(fù)投入記錄庫和切除記錄庫中；
[0008](2)對于當(dāng)前控制時刻，通過檢測獲得各記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值、橋臂的子模塊電容電壓最大值和最小值以及對應(yīng)子模塊的庫位置信息，同時確定橋臂電流；
[0009](3)利用最近電平調(diào)制方法計算出橋臂在當(dāng)前控制時刻所需投入的電平數(shù)，將其與前一控制時刻所需投入的電平數(shù)作差，獲得橋臂電平差；[0010](4)根據(jù)所述的橋臂電平差以及步驟(2)得到的信息，通過邏輯判斷對橋臂進行子模塊投切操作，并對記錄庫進行更新。
[0011]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中，對于橋臂的任一記錄庫，首先，任取庫內(nèi)兩個子模塊進行電容電壓比較，令較大的電容電壓為Ucmax,較小的電容電壓為Ucmin ;然后，使庫內(nèi)其他子模塊的電容電壓與Ucmax和Ucmin逐一進行比較,從而更新Ucmax和Ucmin,直至完成所有比較后,最后使Uc順和Ucmin分別作為記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值。該操作過程所占計算資源幾乎為本發(fā)明方法的全部，其時間復(fù)雜度為O(N)，N為橋臂子模塊個數(shù)。
[0012]所述的步驟(2 )中，使三個記錄庫的子模塊電容電壓最大值進行比較，取三者最大的為橋臂的子模塊電容電壓最大值，并記錄該最大值對應(yīng)子模塊所在的記錄庫；使三個記錄庫的子模塊電容電壓最小值進行比較，取三者最小的為橋臂的子模塊電容電壓最小值，并記錄該最小值對應(yīng)子模塊所在的記錄庫。
[0013]所述的步驟(4)中，若橋臂電平差大于0，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作，從負(fù)投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；
[0014]若橋臂電平差小于0，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加負(fù)投入操作，從正投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；
[0015]若橋臂電平差等于0，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作或負(fù)投入操作，從正投入記錄庫或負(fù)投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；或保持不對橋臂進行子模塊投切操作。
[0016]對于橋臂電平差大于O的情況下:
[0017]若iar,> ο且U^jlin > Ufmto，則從切除記錄庫中取Ugmin對應(yīng)的子模塊對其施加正投入操作；
[0018]若iar.> O且U3in < Ujmin,則從負(fù)投入記錄庫中取U^lin對應(yīng)的子模塊對其
施加切除操作；
[0019]若iarn≤O且U?max> U-^ax,則從切除記錄庫中取.1^max對應(yīng)的子模塊對其施加正投入操作；
[0020]若iar.( O且Ufmax < Ugax5則從負(fù)投入記錄庫中取Ue-^ax對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；
[0021]其中:iOT為橋臂電流，uUcmIn分別為切除記錄庫的子模塊電容電
壓最大值和最小值，分別為負(fù)投入記錄庫的子模塊電容電壓最大值
和最小值。[0022]對于橋臂電平差小于O的情況下:
[0023]若i_> O且li|max > U^ax,則從切除記錄庫中取U^nax對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作；
[0024]若iar.> O且Ujmax < UJiax,則從正投入記錄庫中取Ugax對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；
[0025]若iar.( O且.UJiin > Ujmin，則從切除記錄庫中取Ugmin對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作；
[0026]若iarn≥O且U^lin< IiLin ,則從正投入記錄庫中取Ugil^應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；
[0027]其中:iaM為橋臂電流，
【權(quán)利要求】
1.一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟: (1)對于MMC的任一橋臂,建立三個記錄庫:正投入記錄庫、負(fù)投入記錄庫和切除記錄庫；在初始時刻，對橋臂內(nèi)的各子模塊進行檢測，并將輸出電平為正、負(fù)或零的子模塊對應(yīng)分配至正投入記錄庫、負(fù)投入記錄庫和切除記錄庫中； (2)對于當(dāng)前控制時刻，通過檢測獲得各記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值、橋臂的子模塊電容電壓最大值和最小值以及對應(yīng)子模塊的庫位置信息，同時確定橋臂電流； (3)利用最近電平調(diào)制方法計算出橋臂在當(dāng)前控制時刻所需投入的電平數(shù)，將其與前一控制時刻所需投入的電平數(shù)作差，獲得橋臂電平差； (4)根據(jù)所述的橋臂電平差以及步驟(2)得到的信息，通過邏輯判斷對橋臂進行子模塊投切操作，并對記錄庫進行更新。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，對于橋臂的任一記錄庫，首先，任取庫內(nèi)兩個子模塊進行電容電壓比較，令較大的電容電壓為Ucmax，較小的電容電壓為Ucmin ;然后，使庫內(nèi)其他子模塊的電容電壓與Uanax和Ucfflin逐一進行比較，從而更新Ucmax和Ucmin ;直至完成所有比較后,最后使Ucmax和Ucmin分別作為記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，使三個記錄庫的子模塊電容電壓最大值進行比較，取三者最大的為橋臂的子模塊電容電壓最大值，并記錄該最大值對應(yīng)子模塊所在的記錄庫；使三個記錄庫的子模塊電容電壓最小值進行比較，取三者最小的為橋臂的子模塊電容電壓最小值，并記錄該最小值對應(yīng)子模塊所在的記錄庫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(4)中，若橋臂電平差大于O，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作，從負(fù)投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫； 若橋臂電平差小于O，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加負(fù)投入操作，從正投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫； 若橋臂電平差等于O，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作或負(fù)投入操作，從正投入記錄庫或負(fù)投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；或保持不對橋臂進行子模塊投切操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對于橋臂電平差大于O的情況下: 若Iar.> O且UfJlin > Ujmin ’則從切除記錄庫中取ug i對應(yīng)的子模塊對其施加正投入操作； 若iar.> O且Ujin < Ugmin,則從負(fù)投入記錄庫中取!!^^對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作； 若iar.( O且_U?max > Ugiax，則從切除記錄庫中取Ugmax對應(yīng)的子模塊對其施加正投入操作； 若iar.( O且L^rrax < Ucriax^則從負(fù)投入記錄庫中取.對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；其中:i_為橋臂電流，Ugmax和Ugmin分別為切除記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值，U二分別為負(fù)投入記錄庫的子模塊電容電壓最大
LIIiaALiIllil值和最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對于橋臂電平差小于O的情況下: 若iar.> O且則從切除記錄庫中取IjPwov對應(yīng)的子模塊對其110 、M +.1.CITid X
uCmax uCmax*施加負(fù)投入操作； 若iar.> ο且u?max < Ugax,則從正投入記錄庫中取ugax對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作； 若iar.( O且UJJlin > Ulllin,則從切除記錄庫中取Ufmin對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作； 若iar.( O且Ugin < Ugmin，則從正投入記錄庫中取Ue4^in對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；其中:ia?為橋臂電流，Ugmax和Ufmln分別為切除記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值，UiJiax和Ugin分別為正投入記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對于橋臂電平差等于O的情況下: 若Umax-Umin ( Uref,則保持不對橋臂進行子模塊投切操作； 若UmaxUmin > Uref且iaM > O,則判斷以下關(guān)系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax對應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫，則從切除記錄庫中取Ugmax對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作，同時從負(fù)投入記錄庫中取應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；若是且Umax對應(yīng)的子模塊處于正投入記錄庫，則從切除記錄庫中取U0CMIN 對應(yīng)
的子模塊對其施加正投入操作，同時從正投入記錄庫中取U+1CMax對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作； 若否且Umin對應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫，則從切除記錄庫中取對應(yīng)的子模塊對其施加正投入操作，同時從正投入記錄庫中取Iie+Jtax對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；若否且Umin對應(yīng)的子模塊處于負(fù)投入記錄庫，則從切除記錄庫中取Ugmax對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作，同時從負(fù)投入記錄庫中取U^in對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作； 若Umax-Umin > Uref且iaM ≤ O,則判斷以下關(guān)系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax對應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫，則從切除記錄庫中取IjPrril3v對應(yīng)的子
CiTlaX模塊對其施加正投入操作，同時從正投入記錄庫中取1^^?對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；若是且U-對應(yīng)的子模塊處于負(fù)投入記錄庫，則從切除記錄庫中取Ugmin對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作，同時從負(fù)投入記錄庫中取對應(yīng)的子模塊對其施加切
ucmax除操作；若否且Umin對應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫，則從切除記錄庫中取'對應(yīng)的子模塊對其施加負(fù)投入操作，同時從負(fù)投入記錄庫中取Ugax對應(yīng)的子模塊對其施加切除操作； 若否且Umin對應(yīng)的子模塊處于正投入記錄庫，則從切除記錄庫中取Ulnax.對應(yīng)的子模塊對其施加正投入操作，同時從正投入記錄庫中取應(yīng)的子模塊對其施加切除操作；其中:i_為橋臂電流，
【文檔編號】H02J3/16GK103683995SQ201310445110
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】徐政, 許烽, 劉高任, 肖晃慶 申請人:浙江大學(xué)