CN108880307A - 一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法，包括以下步骤：S1、对单个桥臂中所有子模块电压求和，得到子模块总电压；S2、将得到子模块总电压通过低通滤波器进行滤波，得到滤波后的子模块总电压；S3、对滤波后的子模块总电压进行离散化求导，得到滤波后的子模块总电压的变化率，并根据子模块总电压的变化率确定投入的子模块。本发明不需要电流信号就能实现模块化多电平换流器的子模块电压均衡控制，节省了桥臂电流传感器，简化了MMC的控制系统，降低了柔性直流输配电系统的成本。

Description

一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法
技术领域
本发明属于柔性直流输配电领域，涉及模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压均衡控制领域，特别涉及一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电压源型换流器(voltage source converter，VSC)开始应用于高压直流(High voltage direct current，HVDC)输电领域。电压源型换流器高压直流(VSC-HVDC)输电可以对有功功率、无功功率独立控制，控制方式灵活多变。现有VSC-HVDC存在多种拓扑结构，两电平和三电平的VSC-HVDC受电平数的限制，必须使用脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，器件开关频率高、损耗大；而且为了提高系统的耐压，需要多个开关器件串联分压，这也带来了开关器件动作一致性及均压等问题。
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,，MMC)是一种新型的电压变换电路，它通过将多个子模块(sub modular，SM)级联的方式，减少了每个子模块中开关器件所承受的电压应力，并且变换器具有输出谐波少、模块化程度高等特点，在电力系统中具有广泛的应用前景，特别在高压直流输电场合中具有优势。目前很多直流输电工程都采用MMC拓扑或者其衍生拓扑结构，直流侧电压等级越来越高，桥臂上的子模块数量也越来越多。
虽然MMC有众多优点，但它也有一定的缺陷。在MMC中每一个子模块都有一个储能电容，如果电容的能量不均衡，那么就会造成上下桥臂能量的不均衡，从而影响变换器的正常工作，因此需要控制各个子模块电容电压区域平衡。而桥臂上的子模块数量众多，导致储能电容的数目庞大，具有较高的控制难度，因此寻找一种合适的电容电压均衡控制方法已成为人们关注的热点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不需要电流信号就能实现模块化多电平换流器的子模块电压均衡控制，节省了桥臂电流传感器，简化了MMC的控制系统，降低了柔性直流输配电系统成本的无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法，包括以下步骤：
S1、对单个桥臂中所有子模块电压求和，得到子模块总电压；
S2、将得到子模块总电压通过低通滤波器进行滤波，得到滤波后的子模块总电压；
S3、对滤波后的子模块总电压进行离散化求导，得到滤波后的子模块总电压的变化率，并根据子模块总电压的变化率确定投入的子模块。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下子步骤：
S31、根据当前采样时刻各子模块电压，对一个桥臂中的所有子模块按照电压由低到高进行排序；
S32、判定采样时刻需要投入的子模块数Narm是否为0，若Narm＝0，则旁路所有子模块；若Narm≠0，则进一步判断子模块总电压的变化率是否满足若是则投入电压最低的Narm个子模块，旁路其余子模块；若则投入电压最高的Narm个子模块，旁路其余子模块；
S33、对应该投入的子模块产生高电平触发信号，对应该旁路的子模块，产生低电平旁路信号。
本发明的有益效果是：本发明不需要电流信号就能实现模块化多电平换流器的子模块电压均衡控制，节省了桥臂电流传感器，简化了MMC的控制系统，降低了柔性直流输配电系统的成本。
附图说明
图1为本发明的无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法的流程图；
图2为本发明的模块化多电平换流器拓扑示意图；
图3为本发明的模块化多电平换流器基本调制框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法，包括以下步骤：
S1、对单个桥臂中所有子模块电压uck进行求和，得到子模块总电压∑uck；
S2、将得到子模块总电压∑uck通过低通滤波器(包括一阶低通滤波器和二阶低通滤波器)进行滤波，得到滤波后的子模块总电压
S3、对滤波后的子模块总电压进行离散化求导(离散化求导的公式为K代表比例系数，Ts代表离散化的采样周期，z代表复频域的复数变量)，得到滤波后的子模块总电压的变化率并根据子模块总电压的变化率确定投入的子模块；具体包括以下子步骤：
S31、根据当前采样时刻各子模块电压，对一个桥臂中的所有子模块按照电压由低到高进行排序；
S32、判定采样时刻需要投入的子模块数Narm是否为0，若Narm＝0，则旁路所有子模块；若Narm≠0，则进一步判断子模块总电压的变化率是否满足若是则投入电压最低的Narm个子模块，旁路其余子模块；若则投入电压最高的Narm个子模块，旁路其余子模块；
S33、对应该投入的子模块产生高电平触发信号，对应该旁路的子模块，产生低电平旁路信号。
图2为本发明的模块化多电平换流器拓扑示意图。换流器由三个单元六个桥臂组成，每相上、下桥臂各有n个子模块，每个子模块可为半桥子模块或全桥子模块，分别如图2右侧上下两幅图所示。图中uua和ula分别为a相上下桥臂子模块组产生的电压；iua和ila分别代表上下桥臂电流；L0和R0分别代表桥臂电感值和其等效电阻值；ia、ib、ic分别代表a、b、c三相电流；ua、ub、uc分别代表模块化多电平换流器a、b、c三相输出电压；usa、usb、usc分别代表交流电网a、b、c三相电压；L、R分别代表交流电感值和其等效电阻值；Udc、Idc分别代表直流电压和直流电流。
图3为本发明的模块化多电平换流器基本调制框图。控制器产生的桥臂参考电压通过最近电平调制(Nearest Level Modulation,NLM)或脉宽调制(Pulse WidthModulation,PWM)产生需要投入的子模块数。将需要投入的子模块数和子模块电压作为输入，利用本发明提出的电容电压均衡控制方法，产生各个子模块的触发脉冲。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对单个桥臂中所有子模块电压求和，得到子模块总电压；
S2、将得到子模块总电压通过低通滤波器进行滤波，得到滤波后的子模块总电压；
S3、对滤波后的子模块总电压进行离散化求导，得到滤波后的子模块总电压的变化率，并根据子模块总电压的变化率确定投入的子模块。
2.根据权利要求1所述的一种无需电流信号的子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下子步骤：
S31、根据当前采样时刻各子模块电压，对一个桥臂中的所有子模块按照电压由低到高进行排序；
S32、判定采样时刻需要投入的子模块数Narm是否为0，若Narm＝0，则旁路所有子模块；若Narm≠0，则进一步判断子模块总电压的变化率是否满足若是则投入电压最低的Narm个子模块，旁路其余子模块；若则投入电压最高的Narm个子模块，旁路其余子模块；
S33、对应该投入的子模块产生高电平触发信号，对应该旁路的子模块，产生低电平旁路信号。
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