[发明专利]基于中点移位控制的MMC热应力不均平抑方法

说明书

本发明公开了一种基于中点移位控制的MMC热应力不均平抑方法，该方法在电网发生不对称接地故障时通过中点移位，改变MMC交流侧输出电压来平衡三相桥臂直流电流，从而使三相的开关器件损耗趋于一致，达到平衡子模块热应力的目的。本发明方法在保证MMC传输功率不变，维持交流侧电流原始输出条件下，平衡不对称接地故障情况下换流器三相桥臂直流电流，显著降低各相子模块开关器件热应力差异，提升MMC系统在电网不对称接地故障下的可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种基于中点移位控制的MMC热应力不均平抑方法。

背景技术

相比于传统的基于电网换相整流器高压直流输电技术(LCC-HVDC)，以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)有着可以独立控制有功、无功，换流站占地面积小，故障穿越能力强等一些突出的优点。而在众多的电压源型换流器(VSC)拓扑中，模块化多电平换流器(MMC)因其输出波形质量好、器件开关频率低、模块化程度高等优点日益成为高压直流输电(HVDC)的首选拓扑之一。

随着VSC-HVDC容量等级的不断提升，MMC换流站的稳定性和可靠性备受关注。在很多场合不仅要求MMC能够承受电网故障带来的冲击，而且还要求在电网发生故障时MMC能及时为交、直流电网提供有效的支撑。当电网发生故障时，MMC的运行环境会极其恶劣，换流器功率器件承受着较高的电压、电流应力，尤其是热应力。很多场合换流器开关器件的热应力性能起着关键性作用，器件的热应力不均和复杂的热循环成为影响变换器稳定运行的主要因素。

相比传统换流器拓扑，MMC有着特殊的电路结构与运行原理，在电网发生不对称故障情况下，在传统的正负序电流控制方案下，MMC三相桥臂直流电流分布不均，引发三相桥臂器件热应力不均，而现有的MMC热平衡方法主要基于三相对称运行条件下展开的，因此在MMC三相不对称运行条件下需要采取新的措施来维持MMC各相热应力平衡。

当MMC遇到热不均、热冲击等故障时，一方面可以进行被动式的散热设计来削弱，另一方面可以采取有效可行的主动控制方法。显然，后者成本较低，无需升级硬件，是实现平抑MMC热应力不均的可行途径。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于中点移位控制的MMC热应力不均平抑方法，当MMC运行在不对称工况下，能够有效平衡三相热应力。

一种基于中点移位控制的MMC热应力不均平抑方法，所述MMC的交流侧依次经过换流母线和换流变压器后并入交流电网；所述MMC热应力不均平抑方法为：检测电网电压是否存在不对称故障且不对称程度(如三相电压之间的幅值差)超过警戒设定值，若是则进一步检测MMC交流侧输出电流是否对称，若输出电流对称，则对MMC进行中点移位控制以平抑其热应力不均的状况，具体过程如下：

首先，根据不对称故障条件下换流变压器的阀侧电压和电流以及MMC桥臂电流，计算出所需叠加的零序电压分量u_NO，从而得到叠加零序电压分量u_NO后的MMC交流输出电压调制信号；然后，判断该调制信号是否过调制：若未过调制，则利用该调制信号对MMC进行控制；若存在过调制，则渐进减小所叠加零序电压分量u_NO的幅值，直至调制信号不再过调制后利用其对MMC进行控制。

进一步地，所述零序电压分量u_NO＝U_NOcos(ωt+α)，其中U_NO和α分别为零序电压分量u_NO的幅值和相角，ω为角频率ω＝2πf，f为电网频率，t为时间；

当电网a相发生接地故障时，幅值U_NO和相角α的计算表达式如下：

当电网b相发生接地故障时，幅值U_NO和相角α的计算表达式如下：