一种模块化多电平换流器损耗优化控制方法、装置及设备

本发明涉及多电平电力电子换流器，具体为一种模块化多电平换流器损耗优化控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、模块化多电平换流器内部包含大量子模块，每个子模块都并联一个电容，随着一些化学反应和老化效应，子模块的电容容值会逐渐地减小，每个桥臂上子模块的电容值减小的速率是不一致的，所以会导致子模块电容值的不平衡，子模块电容容值下降后，会导致电容电压升高和降低都变快，导通损耗会变小，使得容值异常子模块和额定电容子模块间的损耗不均衡，损耗不均衡会导致热应力不均衡从而导致子模块寿命分布的不均衡，因此需要对子模块故障下的模块化多电平换流器进行损耗优化控制。

2、目前针对模块化多电平换流器的损耗优化控制，常用的方法有改变子模块拓扑结构法、二次环流注入法、基于子模块电容电压平衡控制法等，其中改变子模块拓扑结构法会增加模块化多电平换流器建设成本，二次环流注入法只能优化子模块内部器件损耗，无法实现子模块间的损耗平衡，基于子模块电容电压平衡控制法会增大桥臂内子模块电容电压差异，影响输出电能质量，为此，我们提出一种模块化多电平换流器损耗优化控制方法、装置及设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器损耗优化控制方法、装置及设备，能够实现容值异常子模块和额定电容子模块间的损耗平衡。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种子模块故障下模块化多电平换流器损耗优化控制方法，包括：

3、接收电容容值数据，所述电容容值数据为模块化多电平换流器正常运行时各子模块的电容容值；

4、根据接收的电容容值数据进行判定，当某个子模块电容的容值异常时，启用此个子模块的损耗均衡控制；

5、接收当前控制周期内，容值异常子模块所在桥臂的桥臂电流iij、子模块电容电压ucij和子模块开关函数sij；

6、利用模块化多电平换流器子模块内各功率器件的损耗计算公式，分别计算容值异常子模块和额定电容子模块的损耗；

7、以额定电容子模块的损耗ploss_h为给定值，容值异常子模块的损耗ploss_f为实际值，将二者之差通过pi控制器输出调节容值异常子模块的载波频率ff，用于使得容值异常子模块的损耗与额定电容子模块的损耗相等。

8、进一步的，所述子模块开关函数sij表示为：

9、

10、其中：子模块投入为：第一功率开关器件t1处于导通状态，第二功率开关器件t2处于关断状态；子模块切除为：第一功率开关器件t1处于关断状态，第二功率开关器件t2处于导通状态。

11、进一步的，所述模块化多电平换流器中的桥臂子模块损耗ploss计算公式为：

12、ploss＝pcont1_i+pcont2_i+pcond1_i+pcond2_i+pswt1_i+pswt2_i+pswd1_i+pswd2_i   (2)

13、其中，pcont1_i和pswt1_i分别为桥臂内第i个子模块中第一功率开关器件t1的导通损耗和开关损耗，pcont2_i和pswt2_i分别为第i个子模块中第二功率开关器件t2的导通损耗和开关损耗，pcond1_i和pswd1_i分别为第i个子模块中第一二极管d1的导通损耗和开关损耗，pcond2_i和pswd2_i分别为第i个子模块中第二二极管d2的导通损耗和开关损耗。

14、进一步的，所述pcont1_i、pcont2_i、pcond1_i、pcond2_i的计算方法具体为：

15、

16、其中，t为一个工频周期，t＝0.02s，si为桥臂内第i个子模块的开关函数，it1_i为流过桥臂内第i个子模块第一功率开关器件t1的电流，it2_i为流过桥臂内第i个子模块第二功率开关器件t2的电流，id1_i为流过桥臂内第i个子模块第一二极管d1的电流，id2_i为流过桥臂内第i个子模块第二二极管d2的电流，vce0为功率开关器件t1、t2的零电流通态压降，vd0为二极管d1、d2的零电流通态压降，rce为功率开关器件的通态电阻，rd为二极管的通态电阻。

17、进一步的，所述pswt1_i、pswt2_i、pswd1_i、pswd2_i的计算方法具体为：

18、

19、其中，eon是功率开关器件的开通能量，eoff是功率开关器件的关断能量，erec是二极管的反向恢复能量，uref和usm分别是数据表中的测试电压和子模块的平均电容电压。

20、进一步的，所述使得容值异常子模块的损耗与额定电容子模块的损耗相等的方法为：

21、当容值异常子模块损耗大于额定电容子模块的损耗时，则降低容值异常子模块的载波频率，以减小容值异常子模块的开关损耗；当容值异常子模块的损耗小于额定电容子模块的损耗时，则提高容值异常子模块的载波频率，以增大容值异常子模块的开关损耗。

22、根据本发明的一个方面，本发明提供一种模块化多电平换流器损耗优化控制装置，包括：

23、第一数据接收模块：用于接收电容容值数据，所述电容容值数据为模块化多电平换流器正常运行时各子模块的电容容值；

24、判定模块：用于根据接收的电容容值数据进行判定，当某个子模块电容的容值异常时，启用此个子模块的损耗均衡控制；

25、第二数据接收模块：用于接收当前控制周期内，容值异常子模块所在桥臂的桥臂电流iij、子模块电容电压ucij和子模块开关函数sij；

26、计算模块：用于利用模块化多电平换流器子模块内各功率器件的损耗计算公式，分别计算容值异常子模块和额定电容子模块的损耗；

27、损耗优化控制模块：用于以额定电容子模块的损耗ploss_h为给定值，容值异常子模块的损耗ploss_f为实际值，将二者之差通过pi控制器输出调节容值异常子模块的载波频率ff，用于使得容值异常子模块的损耗与额定电容子模块的损耗相等。

28、根据本发明的另一个方面，本发明提供一种模块化多电平换流器，所述模块化多电平换流器为三相，每相由上下两个桥臂构成，每个桥臂包含n个相同的子模块和一个桥臂电感ls，所述子模块异常的损耗优化控制采用所述的一种子模块故障下模块化多电平换流器损耗优化控制方法。

29、进一步的，所述子模块包含两个功率开关器件t1、t2，两个反并联二极管d1、d2和一个直流电容器c。

30、根据本发明的另一个方面，本发明提供一种用于执行模块化多电平换流器损耗优化控制方法的终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了所述的一种模块化多电平换流器损耗优化控制方法。

31、本发明至少具备以下有益效果：

32、1、本发明通过计算容值异常子模块和额定电容子模块的损耗，将二者之差输入pi控制器来调节容值异常子模块载波频率，从而实现容值异常子模块和额定电容子模块间的损耗平衡，控制算法简单，便于实施。

33、2、本发明仅需改变容值异常子模块子模块的载波频率，不改变原有的子模块拓扑结构，也不改变原有的子模块电容电压平衡控制策略，不增加额外的建设成本，具有较强实用价值。

34、3.本发明在实现容值异常子模块和额定电容子模块间的损耗平衡的同时不改变子模块电容电压，对模块化多电平换流器输出电能质量几乎没有影响。

35、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。