[发明专利]基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法

说明书

本发明公开了基于取能电源控制的C‑MMC静态均压控制方法，首先采集每个C‑MMC子模块的电容电压，求出其平均值，通过比较C‑MMC子模块电压和目标电压的大小，得到满足子模块间电压平衡的取能电源调制信号。然后，以子模块内两个电容电压平均值作为子模块内两个电容电压平衡的目标，通过比较电容电压值和目标值的大小给出满足子模块内两个电容电压平衡的取能电源调制信号。该调制信号与三角载波比较得到取能电源中反激电路的控制信号。依赖于此控制信号，取能电源的输入电流将得到调节，功率模块的电容电压也将得到间接的调节。不需要额外附加电路，且控制方法简单，对降低系统的损耗和保证系统正常启动有非常重要的意义。

技术领域

本发明属于静态均压控制，具体涉及一种基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法。

背景技术

近年来，以模块化多电平换流器(MMC)为核心拓扑的柔性直流输电技术在我国电网系统中的应用越来越广泛。换流器功率模块采用全控型电力电子器件，系统采用子模块(SM,sub-module)级联形式，易于扩展，提高了系统电压等级，减少了开关器件的开关频率，从而减小开关损耗，输出电压波形更趋近正弦波从而减少谐波含量。不同于传统直流输电技术，基于MMC的柔性直流输电技术能向无源网络供电、能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、易于实现多端系统。另外，柔性直流输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势，得到了广泛关注。MMC系统采用三相桥结构，但不同于传统三相桥，MMC每个桥臂是由多个子模块级联构成的，基本原理结构图如图1所示。目前主流的MMC子模块拓扑结构主要有三种：半桥子模块(HBSM)，全桥子模块(FBSM)和箝位双子子模块(CDSM)。其中，CDSM由于其具有直流故障自动隔离功能而成为一种很有潜力的拓扑结构，其子模块由5个IGBT VT₁-VT₅及反并联二极管VD₁-VD₅，2个箝位二极管VD₆和VD₇，2个电容C₁、C₂及并联电阻R₁、R₂，取能电源及控制和驱动单元构成，取能电源采用输出并联的两个反激电路，子模块结构如图2和图3所示。

目前，针对由CDSM构成的MMC的研究主要集中在其隔离直流侧故障能力方面，对其电压平衡方面的研究相对偏少，而系统电压不平衡，对系统的正常运行造成很大的威胁。不同于半桥子模块和全桥子模块，箝位双子子模块含有两个电容，不仅存在子模块间电压不平衡问题，还需考虑子模块内部两个电容之间的电压平衡，尤其在MMC不控预充电阶段，由于IGBT全部处于封锁状态，系统电容电压不能通过控制IGBT来达到平衡，电容电压的不平衡更为显著，将严重影响系统正常启动运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于取能电源控制的C-MMC静态均压控制方法，通过分析系统不控预充电阶段影响功率模块电容电压平衡的原因，找出影响子模块静态电压平衡的主要因素，通过建模分析，推导出该影响因素对电容电压影响的关系。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据KCL，建立C-MMC子模块电流关系；

步骤二，分析影响静态电压平衡的因素，能够确定取能电源是影响功率模块电容电压平衡的主要因素，因此以流入取能电源的电流为被控量，对取能电源进行控制；

步骤三，为了保证C-MMC子模块间电压的平衡，以C-MMC子模块电压的平均值作为C-MMC子模块均压目标，通过比较C-MMC子模块电压与均压目标值，得到满足C-MMC子模块间电压平衡的取能电源调制信号

步骤四，为了保证C-MMC子模块内两个电容均压，以C-MMC子模块内两个电容电压的平均值作为均压目标值，每个电容的电压与目标值进行比较，得到满足C-MMC子模块内电容电压平衡的取能电源调制信号