模块化多电平变流器桥臂能量均衡控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及变流器控制领域，具体地，涉及一种模块化多电平变流器桥臂能量均 衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 模块化多电平变流器高压直流输电系统(Modular Multilevel Converter High Voltage Direct Current Transmission，MMC_HVDC)因其具有良好的电能传输质量、灵活 的功率调节能力及结构简单、易于拓展等特性，在海上风电等可再生新能源发电并网和长 距离柔性直流输电场合得到广泛应用。MMC因其采用模块化子模块拓扑结构，相比传统的两 电平电压源型变流器，须在运行时额外考虑子模块电容均压控制，已有方法通常考虑单个 子模块电压均衡控制，而未考虑桥臂整体能量的均衡。
[0003] 经过检索，尚未发现对模块化电平变流器桥臂能量的均衡控制方法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模块化多电平变流器桥臂能量 均衡控制方法。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种模块化多电平变流器桥臂能量均衡控制方法， 其特征在于，其包括以下步骤：
[0006] 步骤1:在某一时刻t，根据模块化多电平变流器的相电压参考值分别计算下一时 刻t+Ts上下桥臂需要开通子模块的数量；
[0007] 步骤2:根据桥臂电流方向和子模块电压大小对子模块进行排序；
[0008] 步骤3:建立不同补偿电平下的桥臂内部电流预测方程，计算桥臂内部电流的参考 值；
[0009] 步骤4:构建代价方程，计算上下桥臂开通数量不同的子模块时对应的代价方程 值；
[0010] 步骤5:利用代价方程值最小时对应的上下桥臂开通子模块的数量值，选择对应的 子模块作为投入子模块;并发布触发指令控制投入子模块以及其余子模块的开断；
[0011] 步骤6:每隔采样时间Ts，重复步骤1至步骤5;当模块化多电平变流器关闭时，结 束。
[0012]优选地，所述步骤1包括：
[0013] 根据模块化多电平变流器，简称MMC，根据模块化多电平变流器的相电压参考值分 别计算上下桥臂需要开通子模块的数量;计算公式如下：
[0014]
[0015]
[0016] 式中，<(? + :Ts)_表示在t+Ts时刻丽C相电压的参考值，下标j = a，b，c，表示对应的相 序，Λζ,表示上桥臂开通子模块数量，表示上桥臂开通子模块数量，Vd。表示输入的直流电 压，<表示子模块电压参考值，T s为采样间隔，roundO表示四舍五入取整函数。
[0017]优选地，所述步骤2包括：
[0018]当上桥臂的电流1"(〇大于0(方向为正），则将上桥臂子模块根据子模块电压大小 升序排列；
[0019] 当下桥臂的电流inj(t)大于0(方向为正），则将下桥臂子模块根据子模块电压大小 升序排列；
[0020] 当上桥臂的电流1"(〖)小于0(方向为负），则将上桥臂子模块根据子模块电压大小 降序排列；
[0021] 当下桥臂的电流inj(t)小于0(方向为负），则将下桥臂子模块根据子模块电压大小 降序排列；
[0022]其中，排列后上桥臂的第i个子模块电压值记为:Vcw(i);排列后下桥臂的第i个子 模块电压值记为:Vm(i);将上桥臂重新排列后的子模块的序号存入数组index"(i)，将下 桥臂重新排列后的子模块的序号存入数组inde Xnj(i)，其中且i的范围为[1，2，一，扪4为各 相桥臂拥有的子模块数量。
[0023]优选地，所述步骤3包括：
[0024] 步骤3.1:构建不同补偿电平下桥臂内部电流的预测方程，方程式如下：
[0025]
[0026] 式中：idiffj(t)表示t时刻的桥臂内部电流，idiffj(t+Ts)表示所预测的t+Ts时刻的 桥臂内部电流，下标diff j表示j相的桥臂内部电流，j =a，b，c，Lb表示桥臂的电感值，Rb表示 桥臂的电阻值，k表示补偿电平数，且k的取值范围如下：
[0027]
[0028] 步骤3.2:计算桥臂电流的参考值，计算公式如下：
[0029]
[0030] 式中： 表示t+TJt刻的桥臂内部电流参考值，usj(t)表示交流侧相电压， ij(t)表示交流侧相电流，j = a，b，c表示相序，R表示交流侧线路电阻值，L表示交流侧线路 电感值，λΕ表示误差反馈权重因子，ΔΕ为桥臂能量误差。
[0031 ]优选地，所述步骤4包括:构建如下的代价方程：
[0032]
[0033] 计算k取不同值时代价方程Jz的值，^(? + rj表示t+TJ寸刻的桥臂内部电流参考 值。
[0034]优选地，所述步骤5包括：
[0035] 比较各个取值k对应的代价方程值Jz，选取Jz值最小时的k值，将indexpj(i)数组中 indexPj (1)，indexPj (2)，…+ Α? +幻对应的子模块作为上桥臂的投入的子模块；
[0036] 将indexnj(i)数组中indexnj(l)，indexnj(2)，…，纟《如",(1 + < + /?)对应序号的子模 块作为下桥臂的投入的子模块；
[0037] 对被选择的投入的子模块，给出上开关管导通、下开关管关断的触发指令;对其余 子模块，给出上开关管关断、下开关管导通的触发指令。
[0038] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0039] 1、根据本发明提供的模块化多电平变流器桥臂能量均衡控制方法采取桥臂内部 电流预测控制，并引入桥臂能量误差补偿策略，提升了 MMC桥臂能量稳态精度。
[0040] 2、根据本发明提供的模块化多电平变流器桥臂能量均衡控制方法通过计算不同 开关组合的代价函数来选取最优的开关组合，实现桥臂环流控制、子模块均压控制及桥臂 能量均衡控制，系统的控制结构易于数字实现，有利于减小MMC系统子模块电压波动。
【附图说明】
[0041] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0042] 图1为应用本发明提供的方法的三相MMC系统结构图；
[0043] 图2为图1所示三相MMC系统的单相等效电路图；
[0044] 图3为实施例中MMC系统Α相桥臂所有子模块电容电压的动态响应仿真波形图；
[0045] 图4为实施例中MMC系统A相桥臂内部环流Iza的动态响应仿真波形图；
[0046] 图5为实施例中MMC系统A相桥臂能量Es_的动态响应仿真波形图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0048] 根据本发明提供的模块化多电平变流器桥臂能量均衡控制方法，包括如下步骤：
[0049] 步骤1:在某一时刻t，根据模块化多电平变流器的相电压参考值分别计算下一时 刻t+Ts上下桥臂需要开通子模块的数量；
[0050] 步骤2:根据桥臂电流方向和子模块电压大小对子模块进行排序；
[0051] 步骤3:建立不同补偿电平下的桥臂内部电流预测方程，计算桥臂内部电流的参考 值；
[0052]步骤4:构建代价方程，计算上下桥臂开通数量不同的子模块时对应的代价方程 值；
[0053]步骤5:利用代价方程值最小时对应的上下桥臂开通子模块的数量值，选择对应的 子模块作为投入子模块;并发布触发指令控制投入子模块以及其余子模块的开断。
[0054]步骤6:每隔采样时间Ts，重复步骤1至步骤5;当模块化多电平变流器关闭时，结 束。
[0055] 所述步骤1包括：
[0056] 根据模块化多电平变流器，简称MMC，根据模块化多电平变流器的相电压的值分别 计算上下桥臂的开通子模块数量;计算公式如下：
[0057]
[0058] Z
[0059] 式中，4(1 + 5)表示在t+Ts时刻MMC相电压的参考值，下标j=a，b，c，-?表示上桥臂 开通子模块数量，Μ,,表不上桥臂开通子模块数量，Vdc表不输入的直流电压，<表不子模块 电压参考值，Ts为采样间隔，roundO表示四舍五入取整函数。
[0060] 所述步骤2包括：
[0061] 当上桥臂的电流1"(〇大于0(方向为正），则将上桥臂子模块根据子模块电压大小 升序排列；
[0062] 当下桥臂的电流inj(t)大于0(方向为正），则将下桥臂子模块根据子模块电压大小 升序排列；
[0063] 当上桥臂的电流1"(〖)小于0(方向为负），则将上桥臂子模块根据子模块电压大小 降序排列；
[0064] 当下桥臂的电流inj(t)小于0(方向为负），则将下桥臂子模块根据子模块电压大小 降序排列；
[0065] 其中，排列后上桥臂的第i个子模块电压值记为:Vc^(i);排列后下桥臂的第i个子 模块电压值记为:Vm(i);将上桥臂重新排列后的子模块的序号存入数组index"(i)，将下 桥臂重新排列后的子模块的序号存入数组inde Xnj(i)，其中且i的范围为[1，2，一，扪4为各 相桥臂拥有的子模块数量。
[0066] 所述步骤3包括：
[0067] 步骤3.1:构建不同补偿电平下桥臂电流的预测方程，方程式如下：