CN109194150A - 模块化多电平换流器配置方法及其调制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器配置方法及其调制策略。针对目前直流配电网子模块个数过多等问题，本发明采用的技术方案为：模块化多电平换流器含不同电平子模块，高电平子模块采用可耐受高电压等级的IGBT，高电平子模块额定电压为Uc1，假设直流极间电压为Udc，则在不考虑子模块冗余的情况下，计算每个桥臂高电平子模块个数N1个数和低电平子模块额定电压；含不同电平子模块的模块化多电平换流器调制策略采用最近电平逼近策略，高电平子模块和低电平子模块采用互补区分方式。本发明在满足系统要求，尤其是谐波要求的前提下，能够降低子模块总个数，进而降低MMC的投资成本，减少MMC的占地面积。

Description

模块化多电平换流器配置方法及其调制策略
技术领域
本发明属于柔性直流输配电控制领域，具体地说是一种含不同电平子模块的模块化多电平换流器配置方法及其调制策略。
背景技术
伴随着柔性直流技术的发展和电力电力器件制造工艺的进一步成熟，柔性直流在配电网中的应用越来越普及。模块化多电平换流器(MMC)相比于两电平换流器具有制造工艺简单，运行性能优良等优点。当MMC应用于直流配电网后，由于交直流系统电压低，若IGBT采用现有高压器件，MMC中每个桥臂的子模块仅需几个便能满足。
但是，桥臂子模块个数在小于20的情况下，存在谐波量超标情况，导致现有直流配网工程中，MMC均采用桥臂子模块个数超过20个的方式，使得MMC投资成本增加，占地面积增大，不利于直流配网的推广应用。因此，需要提出一种在满足谐波不超标前提下的子模块优化配置方法，满足系统运行要求的同时，减少子模块个数和投资成本。
发明内容
针对直流配电网子模块个数过多等问题，本发明提供一种含不同电平子模块的MMC配置方法及其调制策略，其在满足谐波不超标的前提下，通过对两种电平子模块个数的优化配置，并配以合适的调制策略，实现满足系统运行要求的同时，减少子模块个数和投资成本。
为此，本发明采用如下的技术方案：模块化多电平换流器配置方法及其调制策略，所述模块化多电平换流器含不同电平子模块，每个桥臂含有两种电平不一的子模块，其中，高电平子模块采用可耐受高电压等级的IGBT，高电平子模块额定电压为Uc1，假设直流极间电压为Udc，则在不考虑子模块冗余的情况下，每个桥臂高电平子模块个数N1个数为：
低电平子模块额定电压Uc2和个数N2(无冗余)的配置按照谐波含量满足国标要求进行计算，根据现有研究成果，每个桥臂等效电平数应大于Ns＝20，因而，有：
N1×(N2+1)≥Ns，
将N2取满足上式的最小整数，有：
其中，floor()为向下取整函数。
低电平子模块额定电压为：
含不同电平子模块的MMC调制策略采用最近电平逼近策略，高电平子模块和低电平子模块采用互补区分方式。
进一步地，对于高电平子模块而言，每个桥臂投入的高电平子模块个数N1jk为：
其中，j＝a,b,c表示A、B、C三相，k＝p,n表示上、下桥臂，uj为MMC控制环输出的交流相电压参考值。
进一步地，对于低电平子模块而言，每个桥臂投入的低电平子模块个数N2jk为：
根据获得的N1jk和N2jk，对高电平子模块和低电平子模块分别进行子模块电压排序，然后根据桥臂电流的方向，自动安排每个子模块的通断。
本发明具有的有益效果如下：本发明提出的含不同电平子模块的MMC配置方法及其调制策略，在满足系统要求，尤其是谐波要求的前提下，能够降低子模块总个数，进而降低MMC的投资成本，减少MMC的占地面积。本发明能提升MMC的紧凑化和经济性，可促进直流配电网在配电系统中的推广应用。
附图说明
图1为含两种电平子模块的MMC结构示意图；
图2为本发明含两种电平子模块的MMC调制策略流程图；
图3为本发明调制策略的仿真结果示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合说明书附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
如图1所示，含不同电平子模块的MMC中，每个桥臂含有两种电平不一的子模块，其中，高电平子模块采用可耐受高电压等级的IGBT，高电平子模块额定电压为Uc1，低电平子模块额定电压为Uc2。
假设直流极间电压为Udc，在不考虑子模块冗余的情况下，每个桥臂高电平子模块个数N1个数为
在不考虑子模块冗余的情况下，假设低电平子模块个数为N2。按照国标对MMC谐波分量的要求，根据现有研究成果，每个桥臂等效电平数应大于Ns＝20，因而，有
N1×(N2+1)≥Ns，
将N2取满足上式的最小整数，有
其中，floor()为向下取整函数。
两种不同电平子模块的的投切控制按照如下原则执行：高电平子模块作大阶梯动作，在高电平子模块每个投切中间，利用低电平子模块对阶梯进一步细化，从而增加电压波形的梯度数，降低谐波含量。因此，低电平子模块额定电压可取
如图2所示，含不同电平子模块的MMC调制策略采用最近电平逼近策略，高电平子模块和低电平子模块采用互补区分方式。对于高电平子模块而言，每个桥臂投入的高电平子模块个数N1jk为
其中，j＝a,b,c表示A、B、C三相，k＝p,n表示上、下桥臂，uj为MMC控制环输出的交流相电压参考值。
对于低电平子模块而言，每个桥臂投入的低电平子模块个数N2jk为
根据获得的N1jk和N2jk，利用现有技术，对高电平子模块和低电平子模块分别进行子模块电压排序，即采用电容电压均衡策略，根据桥臂电流的方向，自动安排每个子模块的通断。
假设极间电压Udc＝20kV，电压调制比k＝0.87，高电平子模块额定电压Uc1＝4kV，则高电平子模块个数N1＝5，同时，为满足谐波含量要求，低电平子模块个数N2＝3，则低电平子模块额定电压Uc2＝1kV。如此，利用本发明提出的调制策略，可以得到图3所示的仿真波形。
从仿真结果可以看出，桥臂等效电平为20，满足谐波要求。若仅采用一种电平子模块，那么每个桥臂需要的子模块个数为20个，子模块额定电压为1kV。相比于本发明提出的两种电平结构下每个桥臂仅需8个子模块的情况，子模块个数要增加一倍多。因此可以看出，本发明在投资成本和设备占地方面，将具有明显优势和较好的应用前景。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (3)

1.模块化多电平换流器配置方法及其调制策略，其特征在于，所述的模块化多电平换流器含不同电平子模块，每个桥臂含有两种电平不一的子模块，其中，高电平子模块采用可耐受高电压等级的IGBT，高电平子模块额定电压为Uc1，假设直流极间电压为Udc，则在不考虑子模块冗余的情况下，每个桥臂高电平子模块个数N1个数为：
低电平子模块额定电压Uc2和个数N2的配置按照谐波含量满足国标要求进行计算，每个桥臂等效电平数应大于Ns＝20，因而，有：
N1×(N2+1)≥Ns，
将N2取满足上式的最小整数，有
其中，floor()为向下取整函数；
低电平子模块额定电压为：
含不同电平子模块的模块化多电平换流器的调制策略采用最近电平逼近策略，高电平子模块和低电平子模块采用互补区分方式。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器配置方法及其调制策略，其特征在于，对于高电平子模块而言，每个桥臂投入的高电平子模块个数N1jk为：
其中，j＝a,b,c表示A、B、C三相，k＝p,n表示上、下桥臂，uj为模块化多电平换流器控制环输出的交流相电压参考值。
3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器配置方法及其调制策略，其特征在于，对于低电平子模块而言，每个桥臂投入的低电平子模块个数N2jk为：
根据获得的N1jk和N2jk，对高电平子模块和低电平子模块分别进行子模块电压排序，然后根据桥臂电流的方向，自动安排每个子模块的通断。
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