一种全桥mmc电容电压的均衡控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种全桥MMC电容电压的均衡控制方法，包括如下步骤：（1）建立正投入记录库、负投入记录库和切除记录库；（2）找出记录库和桥臂上电容电压最大和最小的子模块；（3）根据桥臂电平、桥臂电流和电容电压等信息，经过逻辑判断选择出需要投切的子模块；（4）对已选择的子模块进行相应的投切操作，并对记录库进行数据更新。本发明方法不仅能够在维持电容电压稳定的情况下有效降低子模块的开关频率，减少换流器损耗，同时还能免去排序问题所带来的系统控制频率下降，系统运行性能恶化等问题。
【专利说明】一种全桥圖C电容电压的均衡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子系统【技术领域】，具体涉及一种全桥MMC电容电压的均衡控制方法。
【背景技术】
[0002]自R.Marquardt教授提出基于半桥子模块级联构成的半桥模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)后,近年来,半桥MMC技术得到了蓬勃发展,世界各国专家学者对其开展了广泛而深入的研究。全桥MMC采用全桥型子模块级联而成，与半桥MMC相比，全桥MMC具有更加灵活和优越的特性，如直流故障穿越能力，与传统晶闸管换流器构成的混合直流输电系统具有更好的潮流反转能力等，具有更加广阔的应用空间。
[0003]子模块电容电压是否平衡严重影响着系统的稳定性，其均衡控制策略是MMC-HVDC(高压直流输电)的关键技术之一。根据研究，一般有两种方法:一是每个子模块通过引入电压控制回路实现电容均压控制；二是根据每个子模块的电容电压值，通过排序合理选择MMC的脉冲调制算法实现，也是目前最为常用的方法。第一种方法需要较多比例积分控制器，当子模块数量非常庞大时有一定的实现难度。第二种方法主要存在如下两点缺陷:1、子模块的开关频率增加，进而增大换流器损耗，影响经济效益；2、排序和选择算法占用运算资源较多，即使是快速排序算法(时间复杂度为O(NlogN)，N为桥臂子模块个数)，当子模块个数达到一定程度时，将占用较大的计算资源，影响系统控制频率，进而影响系统运行性能。
[0004]屠卿瑞、徐政、郑翔等在标题为一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法(电工技术学报，2011，26 (5):15-20.)的文献中针对上述第一点缺陷提出了一种优化方法，能够有效降低开关频率，但未解决第二点缺陷。现有其他技术也未有效解决排序算法所带来的计算量大、资源占用多等问题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种全桥MMC电容电压的均衡控制方法，不仅能够在维持电容电压稳定的情况下有效降低子模块的开关频率，减少换流器损耗，同时还能免去排序问题所带来的系统控制频率下降，系统运行性能恶化等问题。
[0006]一种全桥MMC电容电压的均衡控制方法，包括如下步骤:
[0007](I)对于MMC的任一桥臂,建立三个记录库:正投入记录库、负投入记录库和切除记录库；在初始时刻，对桥臂内的各子模块进行检测，并将输出电平为正、负或零的子模块对应分配至正投入记录库、负投入记录库和切除记录库中；
[0008](2)对于当前控制时刻，通过检测获得各记录库的子模块电容电压最大值和最小值、桥臂的子模块电容电压最大值和最小值以及对应子模块的库位置信息，同时确定桥臂电流；
[0009](3)利用最近电平调制方法计算出桥臂在当前控制时刻所需投入的电平数，将其与前一控制时刻所需投入的电平数作差，获得桥臂电平差；[0010](4)根据所述的桥臂电平差以及步骤(2)得到的信息，通过逻辑判断对桥臂进行子模块投切操作，并对记录库进行更新。
[0011]优选地，所述的步骤(2)中，对于桥臂的任一记录库，首先，任取库内两个子模块进行电容电压比较，令较大的电容电压为Ucmax,较小的电容电压为Ucmin ;然后，使库内其他子模块的电容电压与Ucmax和Ucmin逐一进行比较,从而更新Ucmax和Ucmin,直至完成所有比较后,最后使Uc順和Ucmin分别作为记录库的子模块电容电压最大值和最小值。该操作过程所占计算资源几乎为本发明方法的全部，其时间复杂度为O(N)，N为桥臂子模块个数。
[0012]所述的步骤(2 )中，使三个记录库的子模块电容电压最大值进行比较，取三者最大的为桥臂的子模块电容电压最大值，并记录该最大值对应子模块所在的记录库；使三个记录库的子模块电容电压最小值进行比较，取三者最小的为桥臂的子模块电容电压最小值，并记录该最小值对应子模块所在的记录库。
[0013]所述的步骤(4)中，若桥臂电平差大于0，根据电容电压和桥臂电流信息通过逻辑判断从切除记录库中取一子模块对其施加正投入操作，从负投入记录库中取一子模块对其施加切除操作，同时更新记录库；
[0014]若桥臂电平差小于0，根据电容电压和桥臂电流信息通过逻辑判断从切除记录库中取一子模块对其施加负投入操作，从正投入记录库中取一子模块对其施加切除操作，同时更新记录库；
[0015]若桥臂电平差等于0，根据电容电压和桥臂电流信息通过逻辑判断从切除记录库中取一子模块对其施加正投入操作或负投入操作，从正投入记录库或负投入记录库中取一子模块对其施加切除操作，同时更新记录库；或保持不对桥臂进行子模块投切操作。
[0016]对于桥臂电平差大于O的情况下:
[0017]若iar,> ο且U^jlin > Ufmto，则从切除记录库中取Ugmin对应的子模块对其施加正投入操作；
[0018]若iar.> O且U3in < Ujmin,则从负投入记录库中取U^lin对应的子模块对其
施加切除操作；
[0019]若iarn≤O且U?max> U-^ax,则从切除记录库中取.1^max对应的子模块对其施加正投入操作；
[0020]若iar.( O且Ufmax < Ugax5则从负投入记录库中取Ue-^ax对应的子模块对其施加切除操作；
[0021]其中:iOT为桥臂电流，uUcmIn分别为切除记录库的子模块电容电
压最大值和最小值，分别为负投入记录库的子模块电容电压最大值
和最小值。[0022]对于桥臂电平差小于O的情况下:
[0023]若i_> O且li|max > U^ax,则从切除记录库中取U^nax对应的子模块对其施加负投入操作；
[0024]若iar.> O且Ujmax < UJiax,则从正投入记录库中取Ugax对应的子模块对其施加切除操作；
[0025]若iar.( O且.UJiin > Ujmin，则从切除记录库中取Ugmin对应的子模块对其施加负投入操作；
[0026]若iarn≥O且U^lin< IiLin ,则从正投入记录库中取Ugil^应的子模块对其施加切除操作；
[0027]其中:iaM为桥臂电流，
【权利要求】
1.一种全桥MMC电容电压的均衡控制方法，包括如下步骤: (1)对于MMC的任一桥臂,建立三个记录库:正投入记录库、负投入记录库和切除记录库；在初始时刻，对桥臂内的各子模块进行检测，并将输出电平为正、负或零的子模块对应分配至正投入记录库、负投入记录库和切除记录库中； (2)对于当前控制时刻，通过检测获得各记录库的子模块电容电压最大值和最小值、桥臂的子模块电容电压最大值和最小值以及对应子模块的库位置信息，同时确定桥臂电流； (3)利用最近电平调制方法计算出桥臂在当前控制时刻所需投入的电平数，将其与前一控制时刻所需投入的电平数作差，获得桥臂电平差； (4)根据所述的桥臂电平差以及步骤(2)得到的信息，通过逻辑判断对桥臂进行子模块投切操作，并对记录库进行更新。
2.根据权利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步骤(2)中，对于桥臂的任一记录库，首先，任取库内两个子模块进行电容电压比较，令较大的电容电压为Ucmax，较小的电容电压为Ucmin ;然后，使库内其他子模块的电容电压与Uanax和Ucfflin逐一进行比较，从而更新Ucmax和Ucmin ;直至完成所有比较后,最后使Ucmax和Ucmin分别作为记录库的子模块电容电压最大值和最小值。
3.根据权利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步骤(2)中，使三个记录库的子模块电容电压最大值进行比较，取三者最大的为桥臂的子模块电容电压最大值，并记录该最大值对应子模块所在的记录库；使三个记录库的子模块电容电压最小值进行比较，取三者最小的为桥臂的子模块电容电压最小值，并记录该最小值对应子模块所在的记录库。
4.根据权利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步骤(4)中，若桥臂电平差大于O，根据电容电压和桥臂电流信息通过逻辑判断从切除记录库中取一子模块对其施加正投入操作，从负投入记录库中取一子模块对其施加切除操作，同时更新记录库； 若桥臂电平差小于O，根据电容电压和桥臂电流信息通过逻辑判断从切除记录库中取一子模块对其施加负投入操作，从正投入记录库中取一子模块对其施加切除操作，同时更新记录库； 若桥臂电平差等于O，根据电容电压和桥臂电流信息通过逻辑判断从切除记录库中取一子模块对其施加正投入操作或负投入操作，从正投入记录库或负投入记录库中取一子模块对其施加切除操作，同时更新记录库；或保持不对桥臂进行子模块投切操作。
5.根据权利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:对于桥臂电平差大于O的情况下: 若Iar.> O且UfJlin > Ujmin ’则从切除记录库中取ug i对应的子模块对其施加正投入操作； 若iar.> O且Ujin < Ugmin,则从负投入记录库中取!!^^对应的子模块对其施加切除操作； 若iar.( O且_U?max > Ugiax，则从切除记录库中取Ugmax对应的子模块对其施加正投入操作； 若iar.( O且L^rrax < Ucriax^则从负投入记录库中取.对应的子模块对其施加切除操作；其中:i_为桥臂电流，Ugmax和Ugmin分别为切除记录库的子模块电容电压最大值和最小值，U二分别为负投入记录库的子模块电容电压最大
LIIiaALiIllil值和最小值。
6.根据权利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:对于桥臂电平差小于O的情况下: 若iar.> O且则从切除记录库中取IjPwov对应的子模块对其110 、M +.1.CITid X
uCmax uCmax*施加负投入操作； 若iar.> ο且u?max < Ugax,则从正投入记录库中取ugax对应的子模块对其施加切除操作； 若iar.( O且UJJlin > Ulllin,则从切除记录库中取Ufmin对应的子模块对其施加负投入操作； 若iar.( O且Ugin < Ugmin，则从正投入记录库中取Ue4^in对应的子模块对其施加切除操作；其中:ia?为桥臂电流，Ugmax和Ufmln分别为切除记录库的子模块电容电压最大值和最小值，UiJiax和Ugin分别为正投入记录库的子模块电容电压最大值和最小值。
7.根据权利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:对于桥臂电平差等于O的情况下: 若Umax-Umin ( Uref,则保持不对桥臂进行子模块投切操作； 若UmaxUmin > Uref且iaM > O,则判断以下关系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax对应的子模块处于切除记录库，则从切除记录库中取Ugmax对应的子模块对其施加负投入操作，同时从负投入记录库中取应的子模块对其施加切除操作；若是且Umax对应的子模块处于正投入记录库，则从切除记录库中取U0CMIN 对应
的子模块对其施加正投入操作，同时从正投入记录库中取U+1CMax对应的子模块对其施加切除操作； 若否且Umin对应的子模块处于切除记录库，则从切除记录库中取对应的子模块对其施加正投入操作，同时从正投入记录库中取Iie+Jtax对应的子模块对其施加切除操作；若否且Umin对应的子模块处于负投入记录库，则从切除记录库中取Ugmax对应的子模块对其施加负投入操作，同时从负投入记录库中取U^in对应的子模块对其施加切除操作； 若Umax-Umin > Uref且iaM ≤ O,则判断以下关系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax对应的子模块处于切除记录库，则从切除记录库中取IjPrril3v对应的子
CiTlaX模块对其施加正投入操作，同时从正投入记录库中取1^^?对应的子模块对其施加切除操作；若是且U-对应的子模块处于负投入记录库，则从切除记录库中取Ugmin对应的子模块对其施加负投入操作，同时从负投入记录库中取对应的子模块对其施加切
ucmax除操作；若否且Umin对应的子模块处于切除记录库，则从切除记录库中取'对应的子模块对其施加负投入操作，同时从负投入记录库中取Ugax对应的子模块对其施加切除操作； 若否且Umin对应的子模块处于正投入记录库，则从切除记录库中取Ulnax.对应的子模块对其施加正投入操作，同时从正投入记录库中取应的子模块对其施加切除操作；其中:i_为桥臂电流，
【文档编号】H02J3/16GK103683995SQ201310445110
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】徐政, 许烽, 刘高任, 肖晃庆 申请人:浙江大学