CN102969922B - 一种模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法 - Google Patents
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Abstract
一种模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法。所述的方法基于分组的思想，以组为单位实现功率模块电容电压均压。所述方法将模块化多电平变流器同一桥臂上的功率模块进行分组；对组内功率模块电容电压进行排序，同时求出组内功率模块电容电压的平均值；对所有组的功率模块电容电压平均值进行排序。按照控制算法求出的需要投入或者退出工作的功率模块数量，根据桥臂电流的方向选择需要投入或者退出工作的组；根据组内需要投入或者退出工作的功率模块数量及桥臂电流方向选择需要投入或者退出工作的功率模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统的模块化多电平变流器的功率模块电容电压的均压方法。
技术背景
模块化多电平变流器的重要特点是输出电压电平数较高，通常达到几十甚至上百。此时不同的PWM调制方法的谐波性能差异已经退居其次，保证功率单元模块电容电压平衡是MMC变流器稳定运行最关键的问题。
传统的模块化多电平变流器的功率模块电容电压的均压方法是在一个控制周期内对同一桥臂所有功率模块电容电压进行排序，然后按照桥臂电流方向选择需要投入或者退出工作的功率模块。如果功率模块数越多，则排序时间在整个控制周期内所占的比重越大。功率模块数多到一定程度，排序时间所占的比重将会严重影响控制算法的实现，严重的情况可能导致整个控制算法无法实现。
专利CN102130619A提出了一种模块化多电平变流器功率模块电容电压的均压控制方法。该发明根据桥臂电流的方向及输出电压的变化来选取需要投入或者退出工作的功率模块。需要增加投入或者退出工作的功率模块时只需要对处于退出或者投入工作的功率模块电容电压进行排序。这显然能够减少需要排序的功率模块电容电压个数，但是也有需要对桥臂一半功率模块进行排序的可能，并且需要增加每个功率模块电容电压的限幅操作来达到电容电压的均压，增加了程序复杂度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的排序时间较长，均压控制程序较复杂而提出的一种多电平模块化变流器功率模块电容电压的均压方法。本发明提出的方法可以极大的减少排序时间。如果选择最优分组，就可以使需要排序的数据个数比传统方法降低一个数量级，比如如果传统方法需要对100个数进行排序，而本发明在选择最优分组时需要排序的数据个数仅为10。另外本发明不需要对功率模块电容电压进行其它额外的控制来达到功率模块电容电压的均压。
本发明采用下述方案实现本发明的目的，具体步骤为：
1）对同一桥臂功率模块进行分组；
2）对组内功率模块电容电压排序；
3）计算每一组功率模块电容电压的平均值；
4）对所有组的功率模块电容电压平均值排序；
5）采用闭环控制算法计算出需要投入或者退出工作的功率模块的数量，根据桥臂电流方向选择需要投入或者退出工作的组；
6）计算出每组需要投入或者退出工作的功率模块数量；
7）根据桥臂电流方向选择组内需要投入或者退出工作的功率模块。
本发明均压方法的一个方案是：所述步骤1）中，对同一桥臂功率模块进行分组可以进行任意分组，每组内的模块数量可以不相同，最优分组是组的数量和组内功率模块数量接近或者相等。
本发明均压方法的另一个优选方案是：所述步骤2）中，对组内功率模块电容电压排序，排序结果可以按照从小到大排列，也可以从大到小排列。
本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤4）中，对所有组的功率模块电容电压平均值排序，排序结果可以按照从小到大排列，也可以从大到小排列。
本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤5）中，如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行充电的方向，则选择功率模块电容电压平均值最低的组投入工作，功率模块电容电压平均值最高的组退出工作；如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行放电的方向则选择功率模块电容电压平均值最高的组投入工作，功率模块电容电压平均值最低的组退出工作；闭环控制算法计算出的需要投入或者退出工作的功率模块的数量决定需要投入或者退出工作的组数。
本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤6）中，由步骤5）选出的需要投入或者退出工作的组数如果大于1，则最后选出的组组内的功率模块部分投入或者退出工作，投入或者退出工作的功率模块的个数等于需要投入的功率模块的总个数减去其它选出的组的全部功率模块的个数，其它选出的组内的功率模块全部投入或者退出工作；由步骤5）选出的需要投入或者退出工作的组数如果等于1，则选出的组组内的功率模块投入或者退出工作的个数等于需要投入的功率模块的总个数。
本发明均压方法的又一个优选方案是：所述步骤7）中，由步骤6）计算出每组需要投入或者退出工作的功率模块的个数，如果桥臂电流方向是对功率模块电容进行充电的方向，则选择组内功率模块电容电压最低的功率模块投入工作，功率模块电容电压最高的功率模块退出工作；如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行放电的方向，则选择组内功率模块电容电压最高的功率模块投入工作，功率模块电容电压最低的功率模块退出工作。
附图说明
图1为本发明均压方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1是本发明的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法的流程图。假定模块化多电平变流器每个桥臂有100个功率模块，按照实际功率模块的摆放顺序依次分成10组，即第1组包含功率模块1、2、3、4、5、6、7、9、10；第2组包含功率模块11-20,；依次类推，第10组包含功率模块91-100。
每一组内部的功率模块电容电压按照从小到大的顺序排列，十组功率模块电容电压的平均值也按照从小到大的顺序排列。假设某一时刻桥臂上需要有43个功率模块投入工作，桥臂电流方向为对功率模块电容进行充电的方向；十组功率模块电容电压的平均值的排序顺序为3组<2组<10组<7组<5组<1组<9组<4组<8组<6组。
根据图1，选中平均电压最低的组，即第3组。第3组内有功率模块10个所以小于需要投入工作的总的模块数43，继续选取未被选中的组中功率模块电容电压平均值最低的组，直到第5组被选中才使被选中的所有组的功率模块数大于需要投入工作的总的模块数43。被选中的组是3、2、10、7、5共5组，需要投入工作的组的选取结束。
被选中的第3、2、10、7组标记为全部投入，组内的功率模块全部投入工作。第5组标记为部分投入，且第5组需要投入的功率模块的个数为43-（10+10+10+10）=3个。未被选中的组（1、9、4、8、6共五组）标记为全部退出，组内的功率模块全部退出工作。
假设第5组内功率模块电容电压排序结果为49<44<48<41<46<45<42<43<47<50。由于桥臂电流方向为对功率模块进行充电的方向，所以选择功率模块49、44、48投入工作，组内其它功率模块退出工作。
本实施方式中，需要排序的数据的个数为10个，按照传统的功率模块电容电压均压方法需要对100个数进行排序，专利CN102130619A提出的方法存在对50个数进行排序的可能，同时还增加了对每个功率模块电容电压限幅的操作，增加了程序的复杂度。本发明极大的减少了需要排序的数据的个数，节省了排序时间，适用于桥臂功率模块数量较多的模块化多电平变流器。
Claims (7)
1.一种模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1)对同一桥臂功率模块进行分组；
2)对组内功率模块电容电压排序；
3)计算每一组功率模块电容电压的平均值；
4)对所有组的功率模块电容电压平均值排序；
5)采用闭环控制算法计算出需要投入或者退出工作的功率模块的数量，根据桥臂电流方向选择需要投入或者退出工作的组；
6)计算出每组需要投入或者退出工作的功率模块数量；
7)根据桥臂电流方向选择组内需要投入或者退出工作的功率模块；
所述步骤5)中，如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行充电的方向，则选择功率模块电容电压平均值最低的组投入工作，功率模块电容电压平均值最高的组退出工作；如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行放电的方向则选择功率模块电容电压平均值最高的组投入工作，功率模块电容电压平均值最低的组退出工作；闭环控制算法计算出的需要投入或者退出工作的功率模块的数量决定需要投入或者退出工作的组数。
2.如权利要求1所述的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述步骤1)中，对同一桥臂功率模块的最优分组方法是组的数量和组内功率模块数量接近或者相等。
3.如权利要求1所述的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述步骤2)中，对组内功率模块电容电压排序的方法为按照电压大小从小到大排列或从大到小排列。
4.如权利要求1所述的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述步骤4)中，对所有组的功率模块电容电压平均值排序的方法为按照电容电压平均值的大小从小到大排列或从大到小排列。
5.如权利要求1所述的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述步骤6)中，由步骤5)选出的需要投入工作的组数如果大于1，则最后选出的组组内的功率模块部分投入工作，投入工作的功率模块的个数等于需要投入的功率模块的总个数减去其它选出的组的全部功率模块的个数，其它选出的组内的功率模块全部投入工作；由步骤5)选出的需要投入工作的组数如果等于1，则选出的组组内的功率模块投入工作的个数等于需要投入的功率模块的总个数。
6.如权利要求1所述的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述步骤6)中，由步骤5)选出的需要退出工作的组数如果大于1，则最后选出的组组内的功率模块部分退出工作，退出工作的功率模块的个数等于需要投入的功率模块的总个数减去其它选出的组的全部功率模块的个数，其它选出的组内的功率模块全部退出工作；由步骤5)选出的需要退出工作的组数如果等于1，则选出的组组内的功率模块退出工作的个数等于需要投入的功率模块的总个数。
7.如权利要求1所述的模块化多电平变流器功率模块电容电压均压方法，其特征在于，所述步骤7)中，由步骤6)计算出每组需要投入或者退出工作的功率模块的个数，如果桥臂电流方向是对功率模块电容进行充电的方向，则选择组内功率模块电容电压最低的功率模块投入工作，功率模块电容电压最高的功率模块退出工作；如果桥臂电流的方向是对功率模块电容进行放电的方向，则选择组内功率模块电容电压最高的功率模块投入工作，功率模块电容电压最低的功率模块退出工作。
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