一种模块化多电平换流器的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利属于柔性直流输电领域，特别设及模块化多电平换流器控制的方法。
【背景技术】
[0002] 柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途 径，代表着直流输电的未来发展方向，已成为新一代智能电网的关键技术之一。柔性输电工 程中核屯、器件之一的模块化多电平换流器，其稳定性，经济性仍然是制约柔性直流输电技 术大规模商业运行的关键点之一。本发明专利从提高模块化多电平换流器的经济性着手， 在保证系统的稳定性的前提下，减少子模块电压传感器的数量，进而降低系统造价。
[0003] 模块化多电平换流器子模块级联最大的优势在于，在较低电压应力的前提下，通 过子模块串联得到高电压等级的输出电压。因此，在实际的工程项目中，每相桥臂含有大量 的子模块。模块化多电平换流器控制策略的重点和难点之一在于控制每个子模块电容电压 稳定在子模块参考电压，常规的控制方法有载波移相和最近电平逼近。两种基本的方法都 需要采集每个子模块内储能电容的电压，进而通过控制算法决定对应子模块的导通或切除 状态。此模式导致MMC系统需配置大量的电压传感器，运无疑增加了系统的复杂性和提高 了系统的造价。
[0004] 每个子模块配备一个电压传感器的模式并非换流器正常运行所必备的条件，因此 不少致力于减少电压传感器的方法出现。最简单的方法是直接取消电压传感器，设定每相 桥臂的子模块按照一定控制策略进行导通或者关断，通过预设定的导通与关断策略维持子 模块电容电压稳定。该开环控制方式的将大大降低系统的可靠性。另一种方式通过桥臂电 流和直流母线电压结合子模块开断状态预测电容电压。为提高预测的准确性，有的方法提 出每个桥臂配备少量电压传感器，定时将预测的子模块电容电压进行复位。运些采用预测 电容电压的方法在系统正常运行的，系统处于短暂的不可控状态，对系统非正常状况反应 较慢，系统的可靠性将会受到影响。
【发明内容】
[0005] 本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种模块化多电平换流 器的控制方法，本发明能够保证输出电压波形满足工程要求的条件下，大幅度减少电压传 感器的数量，并且桥臂子模块数量越多减少的数量越显著。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
[0007] -种模块化多电平换流器的控制方法，所述模块化多电平换流器（MMC)采用=相 六桥臂拓扑结构，每相包括上、下两个桥臂，每个桥臂由2^个SM子模块和1个电感L串联而 成，上、下桥臂连接点引出相线；S条相线接入公共电网；N为整数，iV=f(log:1:。/,./。、,,,') )1， 其中，f? 1函数为向上取整；Ud。为由换流器的直流侧电压，USM子模块参考电压；
[0008] 每个SM子模块是一个半桥变流器，由两个IGBT管Tl和T2、两个二极管Dl和D2 和一个电容C构成；其中，IGBT管Tl的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成SM的正 端，IGBT管Tl的集电极与电容C的正极相连，IGBT管T2的发射极与电容的负极相连并构 成SM的负端；Dl与Tl反向并联，D2与T2反向并联；IGBT管Tl和T2的口极均接收控制脉 冲信号；
[0009] 每相上桥臂的2^个SM子模块和1个电感L依次串联，即上桥臂第一个SM子模块 的正端与直流侧正极相连；处于中间的第i个SM子模块的正端与第i-1个SM子模块的负 端相连，第i个SM子模块的负端与第i+1个SM子模块的正端相连，i = 2, 3,…，2^-1 ;上 桥臂第2^个SM子模块的负端与电感L 一端相连，电感L另一端引出相线；
[0010] 每相下桥臂的电感L和2^个SM子模块依次串联，即电感L 一端引出相线，电感L 另一端与下桥臂第一个SM子模块的正端相连；处于中间的第i个SM子模块的正端与第i-1 个SM子模块的负端相连，第i个SM子模块的的负端与第i+1个SM子模块的正端相连，i = 2, 3，…，2^-1;下桥臂第2^个SM子模块的负端与直流侧负极相连；
[0011] 直流侧电源中点接地；
[0012] 对于S相（A相、B相和C相）中的任一相，所述控制方法包括W下步骤：
[001引步骤1、模块分组；
[0014] 步骤2、稳压控制，采用PI调节器稳定各相所有子模块的电容电压之和；
[0015] 步骤3、调制，用来确定个模块组的通断状态；
[0016] 所述步骤1的模块分组，具体包括W下步骤：
[0017] 将换流器每个桥臂的2^个的SM子模块分成N+1个模块组，前N组各包含2 1 1个 SM子模块，i为模块组的序号，i = 1，2,…，N(即第1组包含2°个SM子模块，第2组包含 21个SM子模块，第3组包含2 2个SM子模块，依次类推，第N组包含2 W 1个SM子模块），第 N+1组包含1个SM子模块；每个模块组并联一个电压传感器，用于测量该模块组内SM子模 块电容的总电压；工作中每组组内子模块状态保持一致，即同时导通或者关断；
[001引所述步骤2的稳压控制，具体包括W下步骤：
[0019] 2. 1)测量该相上桥臂从第一个模块组到第N+1个模块组的电压值，将电压测量值 分别记为….，UgupWW;测量该相下桥臂从第一个模块组到第N+1个模 块组的电压值，将电压测量值分别记为lUel?2，…，Uabel。心….
[0020] 2. 2)对于每个桥臂的N+1个模块组，当某个模块组处于导通状态时，保存该模块 组的电压测量值；对该相上桥臂第i个模块组，将其电压测量值保存为电压记录值ILupi;对 该相下桥臂第i个模块组，将其电压测量值记录为1^,。1。";直到下一次该模块组导通后更 新该电压记录值；
[0021]2. 3)根据步骤2. 1)得到的电压测量值计算该相各模块组的电压之和U。为：
[002引2. 4)设测量时刻共有K个模块组导通，根据W下公式计算稳压控制的输出Ugf。。：
[0024]Uarefi=扣sm-Ua/lO(Kp+Ki/s)
[002引其中，Kp为比例系数，K1为积分系数，1/s是积分因子（积分因子是对（U ,m-UyK) 进行积分，也就是随着时间的推移，不停的累加运个误差值）；
[0026] 2.5)设换流器需要输出的电压为根据W下公式计算换流器的调制电压 Uaref:
[0027] Uaref= Ua托 fl+Uare 巧；
[002引所述步骤3的调制，具体包括W下步骤：
[0029]3. 1)根据步骤2.W计算得到调制电压UgfW,分别计算该相上桥臂和下桥臂模块组 的导通个数N。。。和N
[0030] Na叩=round(扣 dc/2-Uaref) /UJ
[0031] Nabel冊=round(扣 dc/2+Uaref) /UJ [003引其中，round0是四舍五入函数；
[003引 3.。将N。。。转化为二进制数，记为N"gup;N。。。。从低位到高位的每一化分别与上桥 臂第1至第N个模块组一一对应；根据N。。。。中的每一位数值，对各模块组进行W下控制：
[0034] 3. 2. 1)当N。。。。中至少有2位等于1时，导通N。。。。中等于1的位对应的模块组，关 断其它模块组（包括N。。。。中等于0的位对应的模块组，W及第N+1个模块组）；
[0035] 3. 2. 2)当N。。。。中各位全等于0时，关断上桥臂所有模块组；
[003引 3. 2.如当N。。。。只有1位等于1时，其它各位都等于0时，设等于1的位为第i位， 并设该相上桥臂电流的测量值为i。。。；
[0037] 若i。。。方向为SM充电方向，即i。。。〉0,则采用如下进行均压控制：
[003引 （3)若11。,。。1/\。。〉1],。且1〉1，则导通第1至第1-1个模块组和第壯1个模块组，关 断其它模块组（即第i至第N个模块组）；
[0039] 化）若11。5。。1/\。。〉1]5。且1 = 1，则导通第壯1组模块组，关断其它模块组（即第1至 第N个模块组）；
[0040] (C)若lUpi/Naup《U ,m，则导通第i组模块组，并关断其它模块组；
[00川若i。。。方向为SM放电方向，即i。。。<0,则采用如下方式进行均压控制：
[004引 （a)若lUpi/N。。。化m且i〉l，则导通第1组到第i-1组和第N+1个模块组，关断其 它模块组（即第i至第N个模块组）；
[004引 化）若Uasupi/Naup<Usm且i= 1，则导通第N+1组模块组，关断其它模块组（即第1至 第N个模块组）；
[0044] (C)若lUpi/Naup> U ,m，则导通第i组模块组，并关断