专利名称：一种用于级联式换流器的实时均压方法
技术领域：
本发明涉及级联式换流器的均压方法，具体涉及ー种用于级联式换流器的实时均压方法。
背景技术：
级联式换流器是用多个子换流器级联起来形成高压换流器的一种电路形式，是高压大容量电カ电子装置最经常采用的ー种技术路线，近年来，级联式换流器发展迅速，比如半桥级联式换流器、H桥级联式换流器、 模块化多电平式换流器、基于变压器隔离的级联式换流器，等等。这些换流器有的用于高压变频，有的用于无功补偿，有的用于柔性直流输电，有的用于电网潮流控制。不论级联式换流器的具体拓扑采用何种形式，通常把每个用于级联的子换流器称为“模块”。每个模块都有直流侧电容器，该电容器上的电压称为模块的“直流电压”。直流电压的高低决定了模块中电カ电子器件的安全与否以及模块的工作性能是否良好。级联式换流器在运行时，各相所有模块的直流电压的总和通常是保持不变的。如果其中某个或多个模块的直流电压下降了，那么必然导致其他模块的直流电压上升，这种现象叫做“直流电压失衡”。直流电压失衡严重时，某个或多个模块的直流电压会超过限定值，触发换流器的保护动作，甚至造成该模块中的电カ电子器件失效。因此，要保证级联式换流器的安全稳定运行，ー个重要的前提是各个模块的直流电压要时时刻刻保持均衡，称为“均压”。换流器的控制器依靠一定的算法来调整各个模块中电カ电子器件的驱动脉冲，从而调整直流电压，实现模块均压。目前，典型的均压方法主要包括两种(I)按照一定的规律，轮换各个模块的脉冲。比如，对于ー个模块级联数为η的换流器，模块的编号为k={l，2，…，n-l，n};那么，每过I个エ频周期，就把当前第k个模块的脉冲切换给第k+Ι个模块(其中第η个模块的脉冲切换给第I个模块)；如此轮换不停。(2)为每ー个模块设置专门的直流电压控制算法。比如，第k个模块的直流电压參考值为Udc* (k)，实际直流电压为ud。(k)，依靠PI调节器，使得ud。(k)逐步趋向Udc* (k)。根据各模块直流电压达到均衡的速度、精度以及算法的开销，可以判定均压方法的优劣。对于上述第(I)种方法，其优点是算法简单，开销很低；但是，它每过I个エ频周期才对直流电压调整一次，均压速度很慢，往往需要几十毫秒甚至几秒；而且，不论均压情况如何，都按照一定的规律机械的轮换脉冲，有时有助于均压，有时却加剧失衡，难以实现良好的均压精度。对于上述第(2)种方法，其优点是能够实时的进行均压控制；但是，随着模块级联数量η的増大，算法开销也显著增加，实现的难度増大；此外，均压速度和精度也受制于PI调节器的特性，且均压调节过程容易出现超调和振荡，在暂态过程中电压失衡有所加剧，危及模块的运行。因此，本发明提出ー种新的均压方法，算法简单、均压速度快、精度高
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供ー种用于级联式换流器的实时均压方法，具有算法简单、均压速度快、精度高的特点。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是 ー种用于级联式换流器的实时均压方法，对于级联式换流器中的m个模块，所述m小于等于模块级联总数，在每ー个AD周期内，控制器都会获得m个模块的直流电压，记为{udc(l), udc (2),. . .，udc (m-1), udc (m)};同时,控制器也会为各个模块生成m个脉冲组合,在m个脉冲组合传输给各个模块之前，在当前AD周期内，进行以下3个步骤步骤I :找出直流电压最高的X个模块，I ^ X < m,并根据其数值从大到小依次将模块编号记为Kffl(I), Icu h(2)，"^kua(X-I), Icuh(X);找出直流电压最低的y个模块，I彡y
<m,并根据其数值从小到大依次将模块编号记为kuJl)，kuL(2)，…，!^(y-l)，^(y)；步骤2 :找出将会导致直流侧电容器放电最多的X个脉冲组合，l^x<m,并根据其放电量的数值从大到小依次将脉冲组合的编号记为kpH(l)，kpH⑵，…，kpH(x-l)，kpH(x)；找出将导致直流侧电容器充电最多的I个脉冲组合，I ^ y < m,并根据其充电量的数值从大到小依次将脉冲组合的编号记为kpIi (I)，kpL (2), ···，kpL(y-l), kpL (y)；步骤3 :将第kpH⑴个和第Icuh⑴个脉冲组合对调，将第kpH⑵个和第Icuh⑵个脉冲组合对调，……，将第kpH(x-l)个和第1 Λ(χ-1)个脉冲组合对调，将第kpH(x)个和第Icuh(X)个脉冲组合对调；将第kpJl)个和第Icul⑴个脉冲组合对调，将第kpj2)个和第し(2)个脉冲组合对调，……，将第kpJy-l)个和第kuJy-l)个脉冲组合对调，将第Iv(y)个和第^(y)个脉冲组合对调；然后，将调整后的脉冲组合传输给对应的各个模块。本发明和现有技术相比，具有如下有益效果I)、算法开销较低，在当前AD周期内即可完成；2)、均压速度快，均压过程通常在ー个或数个AD周期内即可结束；3)、在均压控制的作用下，所有模块的直流电压之间的差别可低至千分之一左右；4)、均压过程没有超调，所有模块的直流电压都单调的趋于均衡；5)、对脉冲组合仅仅做次序上的调整，而不改变脉冲组合的具体数值，因此不影响换流器总的输出波形，也不影响换流器的外特性。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作更详细的说明。本实施例ー种用于级联式换流器的实时均压方法，对于级联式换流器中的m个模块，所述m小于等于模块级联总数，在每ー个AD周期内，控制器都会获得m个模块的直流电压，记为Iude(I), ud。(2)，. . .，udc (m-1), udc (m)};同时,控制器也会为各个模块生成m个脉冲组合，在m个脉冲组合传输给各个模块之前，在当前AD周期内，进行以下3个步骤步骤I :找出直流电压最高的X个模块，I ^ X < m,并根据其数值从大到小依次将模块编号记为Kffl(I), Icuh(2)，"^kua(X-I), Icuh(X);找出直流电压最低的y个模块，I彡y
<m,并根据其数值从小到大依次将模块编号记为kuJl)，kuL(2)，…，!^(y-l)，^(y)；步骤2 :找出将会导致直流侧电容器放电最多的X个脉冲组合，I彡X < m，并根据其放电量的数值从大到小依次将脉冲组合的编号记为kpH(l)，kpH⑵，…，kpH(x-l)，kpH(x)；找出将导致直流侧电容器充电最多的I个脉冲组合，I ^ y < m,并根据其充电量的数值从大到小依次将脉冲组合的编号记为kpIi (I)，kpL (2), ···，kpL(y-l), kpL (y)；步骤3 :将第kpH⑴个和第Icuh⑴个脉冲组合对调，将第kpH⑵个和第Icuh⑵个脉冲组合对调，……，将第kpH(x-l)个和第1 Λ(χ-1)个脉冲组合对调，将第kpH(x)个和第Icuh(X)个脉冲组合对调；将第kpJl)个和第Icul⑴个脉冲组合对调，将第kpj2)个和第し(2)个脉冲组合对调，……，将第kpJy-l)个和第kuJy-l)个脉冲组合对调，将第Iv(y)个和第^(y)个脉冲组合对调；然后，将调整后的脉冲组合传输给对应的各个模块。
这样，对于原本直流电压最高的那X个模块来说直流电压较高者，其直流侧电容器被释放的能量较多，直流电压下降幅度较大；直流电压较低者，其直流侧电容器被释放的能量较少，其直流电压下降幅度较小。而对于原本直流电压最低的那y个模块来说直流电压较低者，其直流侧电容器被充入的能量较多，直流电压上升幅度较大；直流电压较高者，其直流侧电容器被充入的能量较少，其直流电压上升幅度较小。从而，所有的直流电压都趋于均衡。上述均压控制方法不会引发超调和振荡过程，其作用总是迫使被控模块的直流电压趋于均衡。经过ー个或数个AD周期后，所有m个模块的直流电压即可达到均衡。级联式换流器在运行过程中，直流电压不均衡的情况随运行エ况而变化，也就是说，直流电压最高的模块和直流电压最低的模块随时在发生着变更。无论电压失衡的情况怎样，上述均压控制方法总是能够针对当前AD周期中直流电压最高和直流电压最低的那些模块实施均压控制。
权利要求
1.ー种用于级联式换流器的实时均压方法，对于级联式换流器中的m个模块，所述m小于等于模块级联总数，在每ー个AD周期内，控制器都会获得m个模块的直流电压，记为{ud。(I), udc(2),. . .，udc(m-1), udc(m)};同时,控制器也会为各个模块生成m个脉冲组合,其特征在于在m个脉冲组合传输给各个模块之前，在当前AD周期内，进行以下3个步骤 步骤I :找出直流电压最高的X个模块，l^x<m,并根据其数值从大到小依次将模块编号记为Kil⑴，kuH⑵，…，Iilil(X-I)，Icuh(X);找出直流电压最低的y个模块，I彡y < m,并根据其数值从小到大依次将模块编号记为kuJl)，1^(2)，···，kuJy-l)，kuJy)； 步骤2 :找出将会导致直流侧电容器放电最多的X个脉冲组合，l^x<m,并根据其放电量的数值从大到小依次将脉冲组合的编号记为kpH(l)，kpH(2)，···，‘(χ-υ,ΙνΟΟ ;找出将导致直流侧电容器充电最多的I个脉冲组合，I ^ y < m,并根据其充电量的数值从大到小依次将脉冲组合的编号记为Iv(I)，kpL2)，…，kpIi(y-l)，kpL (y)； 步骤3 :将第kpH(l)个和第匕⑴个脉冲组合对调，将第kpH(2)个和第U⑵个脉冲组合对调，……，将第kpH (x-1)个和第U(X-I)个脉冲组合对调，将第kpH(x)个和第Icuh(X)个脉冲组合对调；将第kpJl)个和第Icul⑴个脉冲组合对调，将第kpj2)个和第し(2)个脉冲组合对调，……，将第kpJy-l)个和第kuJy-l)个脉冲组合对调，将第Iv(y)个和第^(y)个脉冲组合对调；然后，将调整后的脉冲组合传输给对应的各个模块。
全文摘要
一种用于级联式换流器的实时均压方法，在m个脉冲组合传输给各个模块之前，在当前AD周期内，控制器首先找出当前被控模块中直流电压最高的和直流电压最低的那些模块并排序，然后找出当前脉冲组合中对模块直流侧电容器放电最多和充电最多的那些脉冲组合并排序，最后，控制器将找出的直流电压最高的那些模块和对模块直流侧电容器放电最多的那些脉冲组合按照排序对调，控制器将找出的直流电压最低的那些模块和对模块直流侧电容器充电最多的那些脉冲组合按照排序对调；本发明实时均压方法具有算法简单、均压速度快、精度高的优点。
文档编号H02M3/06GK102694465SQ20121017013
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者张春朋, 莫昕 申请人:清华大学