CN103051213A - 一种用于mmc阀的补能电源系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于MMC阀的补能电源系统及其控制方法，其系统是在子模块的储能电容两端与串联的整流桥、二极管和电抗器连接，构成回路。其对应的方法包括步骤有：1）采集电容器初始电压及整流桥交流侧电压，反馈至控制器；2）所述控制器计算电容器初始电压和整流桥交流侧电压压差，并计算出整流桥触发角φ1输出至整流桥；3）每个工频周期采集一次电容器电压及整流桥交流侧电压，反馈至控制器；4）对5个工频周期内电容器电压和整流桥交流侧电压压差求取平均值，计算出下一时刻整流桥的触发角φ2，并输出至整流桥；5）重复步骤1）-步骤4），直至试验结束。

Description

一种用于MMC阀的补能电源系统及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于MMC阀的补能电源系统及其控制方法。
背景技术
柔性直流输电（VSC-HVDC）技术在高压直流输电领域中有着广泛的应用前景，基于模块化多电平换流器（MMC）的VSC-HVDC，是实现利用IGBT阀进行直流输电的一种方式，其核心部件称作MMC阀。
MMC阀稳态运行试验的目的在于考察阀组件对于长期实际运行工况下的电流、电压和温度等关键应力的耐受能力，这也是换流器运行可靠性研究的重要组成部分。所考察的关键应力当中，电压应力和电流应力并非单一的交流变量或者直流量，而是相对复杂的交、直流相互叠加的复合变量。稳态运行试验装置能够灵活的模拟这种电压和电流应力，由于在运行试验过程中存在有功损耗，因此试验装置需要补能电源系统实时地注入能量以保证试验持续进行。
稳态试验装置的特殊性决定了补能电源系统只能在试验开始后投入，且在能量交换的过程中MMC电压下降较快，甚至可能导致试验停止。因此补能电源要能在试验启动后短时内迅速投入，同时保证能量交换过程中MMC电压稳定，这对补能电源系统的控制速度和精度要求很高。
传统的控制方法将目标电压与设定电压的压差作为控制系统的输入，计算产生调节量，这种恒压控制方法在稳态试验中必然会导致电压跌落，调节过程振荡过大。而采用PI控制附加积分初始值的方法，积分初始值依据目标电压计算确定，目标电压在试验过程中始终波动小于3%，可以满足试验装置的控制要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种用于MMC阀的补能电源系统及其控制方法，能满足试验补能的需要，其速度和精度都比传统的控制方法高。
本发明提供的一种用于MMC阀的补能电源系统控制方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：
1）采集子模块电容器初始电压及整流桥交流侧电压，反馈至控制器；
2）所述控制器计算所述电容器初始电压及整流桥交流侧电压压差，计算出整流桥触发角φ1输出至整流桥；
3）每个工频周期采集一次子模块电容器电压和整流桥交流侧电压，反馈至控制器；
4）对5个工频周期内所述子模块电容器电压和整流桥交流侧电压压差求取平均值，计算出下一时刻整流桥的触发角φ2，并输出至整流桥；
5）重复步骤1）-步骤4），直至试验结束。
其中，步骤3）每个工频周期设为20ms。
本发明基于另一目的提供的一种用于MMC阀的补能电源系统，所述MMC阀包括N个串联的子模块，其改进之处在于，所述补能电源系统是在子模块的储能电容两端与串联的整流桥、二极管和电抗器连接，构成回路。
其中，与所述补能电源系统连接的子模块的储能电容为接地电容，即电容一端接地。
其中，所述控制电路包括启动电阻，所述启动电阻与所述整流桥并联。
其中，所述整流桥由不可控的二极管组成。
其中，所述启动电阻的阻值为400Ω。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
用于MMC阀稳态运行试验的补能电源系统采用这种控制方法，可以满足试验补能的需要，其速度和精度都比传统的控制方法高。
本发明通过反馈可以提高控制系统的控制效果，减少充电系统的振荡。
本发明根据压差计算触发角φ1可以提高控制系统的控制精度，降低或消除电容器电压的振荡。
本发明通过5个工频周期求平均值，再求触发角φ2可以降低控制系统的控制误差，提高控制精度
本发明适用于MMC阀稳态运行试验装置，灵敏度高，保护系统动作时间为毫秒级；
本发明适用于MMC阀稳态运行试验装置，可靠性高，系统中一个环节出现问题，其余环节仍可保证系统的正常工作；
附图说明
图1为本发明提供的补能电源系统的电气结构图。
图2为本发明提供的MMC阀的电气结构图。图中，CSM1~CSMn为子模块的电容器；R1~Rn为均压电阻；IGBT（T11）与对应的二极管D11反并联构成IGBT模块（其他同理）；T1~Tn为晶闸管；K1~Kn为真空开关。
图3为本发明提供的用于MMC阀的补能电源系统控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例的补能电源系统主要用于类似于图1所示的整流充电回路结构，其中方框内（实框内）的六脉动整流桥的两端并联400Ω启动电阻，通过二极管和电抗器连接18mF的电容器，此电容器是MMC中（虚框内）接地子模块的电容器。整流桥由不可控的二极管组成。MMC由多个子模块串联组成，其电气结构如图2所示。每个子模块由H桥结构或半桥结构的IGBT模块与电容并联构成，电容两端并联均压电阻R，下管IGBT（例如图中的T12和D12构成的IGBT模块、Tn2和Dn2构成的IGBT模块）与晶闸管T1和真空开关K并联。接地子模块的电容器为图2中含有CSMn的子模块的电容，其特点是电容的低电位的一端接地。
本实施例的稳态运行试验前，MMC中所有的子模块电容都充到相同的电压，此实际电压即为目标电压，正常的试验状态下，电容的电压在此目标电压附近的一定范围内作正弦波动。所有子模块电容电压能否保持平稳依赖于子模块接地电容的电压，即补能电源系统所连接的电容电压。因此对于补能电源系统中的控制器来说，目标电压是Ur，目标量和反馈量都是电容电压Uf，而控制量是整流桥的触发角度
Figure BDA00002564092800031
由于开始时电容电压Uf与目标电压Ur一致，因此若只采用压差来计算触发角度，会导致触发角度停留在90度，随着电容电压下降，压差增大，触发角度才会逐渐调整到保证电容电压的角度，这一过程无法避免，且容易造成较大电压波动，对试验的顺利进行和子模块的安全很不利。
因此本发明采用以下方法对补能电源系统进行控制，以要保证电容电压不波动，其流程图如图3所示，具体包括如下：
1）采集电容器初始电压及整流桥交流侧电压，反馈至控制器；
2）控制器计算整流桥两侧压差，计算出整流桥触发角φ1输出至整流桥；
3）每个工频周期（20ms）采集一次电容电压及整流桥交流侧电压，反馈至控制器；
4）对5个工频周期（100ms）内整流桥交直流侧压差求取平均值，计算出下一时刻整流桥的触发角φ2，并输出至整流桥；
5）重复步骤1）-步骤4），直至试验结束。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于MMC阀的补能电源系统控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1）采集子模块电容器初始电压及整流桥交流侧电压，反馈至控制器；
2）所述控制器计算所述电容器初始电压及整流桥交流侧电压压差，计算出整流桥触发角φ1输出至整流桥；
3）每个工频周期采集一次子模块电容器电压和整流桥交流侧电压，反馈至控制器；
4）对5个工频周期内所述子模块电容器电压和整流桥交流侧电压压差求取平均值，计算出下一时刻整流桥的触发角φ2，并输出至整流桥；
5）重复步骤1）-步骤4），直至试验结束。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤3）每个工频周期设为20ms。
3.一种用于MMC阀的补能电源系统，所述MMC阀包括N个串联的子模块，其特征在于，所述补能电源系统是在子模块的储能电容两端与串联的整流桥、二极管和电抗器连接，构成回路。
4.如权利要求3所述的补能电源系统，其特征在于，与所述补能电源系统连接的子模块的储能电容为接地电容，即电容一端接地。
5.如权利要求3所述的补能电源系统，其特征在于，所述控制电路包括启动电阻，所述启动电阻与所述整流桥并联。
6.如权利要求3所述的补能电源系统，其特征在于，所述整流桥由不可控的二极管组成。
7.如权利要求3所述的补能电源系统，其特征在于，所述启动电阻的阻值为400Ω。
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