[发明专利]一种模块化多电平换流器的子模块快速均压方法

说明书

本发明公开了一种模块化多电平换流器的子模块快速均压方法，包括以下步骤：（1）根据桥臂电流is的方向和调制波电压增量Δus，将MMC运行状态分成四种情况；（2）当MMC运行状态发生改变的第一控制周期，对所有子模块进行排序，选出需要被投入的子模块，形成投入组，剩下的子模块记为切除组；（3）在MMC运行状态发生改变的其他控制周期，对投入组重新进行排序，利用投入组上限、下限电压值和切除组上限、下限电压值，调控投入组电压在允许的偏差范围内，重新确定投入组子模块。本发明基于切除组电容电压大小始终有序，提出了只需投入组进行排序即可实现子模块快速均压的方法，有效降低了开关频率，提高排序速度。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种适用于模块化多电平变换器MMC换流站的级联结构电容快速均衡电压方法。

背景技术

电网换相换流器(LCC)发展多年，技术成熟、可靠，已经被广泛运用于远距离大容量高压输电和海底电缆送电等场合。但是该技术有着可能换相失败、无法对弱交流系统正常供电的缺陷，在一定程度上限制了它的发展。以全控型电力电子器件为基础的电压源型换流器(VSC)具有可以独立控制有功无功功率、不存在换相失败的风险、可以为无源孤岛微电网供电等诸多优点，是实现远距离大容量输电、可再生能源并网的良好技术手段。直流输电向着更远传输距离、更大传输容量、更低传输损耗的方向发展，VSC-LCC混合多端直流输电是未来的高压直流输电的主要发展趋势。

模块化多电平换流器(MMC)是VSC的一种拓扑结构，具有VSC的所有优势。同时，由于MMC的独特结构，还具有开关频率低、开关损耗小、无需交流滤波器组和扩展性强的优点。近年来的柔性直流输电工程也多是采用了MMC拓扑结构或在其基础上的改进结构。

每个MMC有6个桥臂，每个桥臂由n个规格一样的子模块SM(Sub-Module)和1个电抗L串联组成。通过增减MMC中子模块的数量可以实现对换流站容量的灵活调整。MMC储能电容的分布式布置，使得子模块电容电压的均衡成为难点。

目前MMC子模块均压控制主要有排序算法和载波移相技术的均压策略。传统的均压方法是采用最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation，NLM)技术和冒泡排序算法相结合的均压策略。假设每相上、下桥臂均含有N个子模块，正常运行时要求每相投入的子模块总数保持为N不变。上桥臂投入的子模块数量N_up和下桥臂投入的子模块数量N_down可以分别表示为：

式中，N为桥臂子模块总数，u_s为桥臂调制波电压，Uc为单个子模块额定电容电压值，round为向下取整函数。传统均压策略首先根据桥臂电压参考值，分别计算出上、下桥臂应投入的子模块数量N_c，再根据桥臂电流i_s的方向，利用冒泡排序算法将子模块按照电压大小升序或者降序排列，再投入电压最小或最大的N_c个子模块。如当桥臂电流i_s0时，桥臂充电，将子模块进行升序排列，投入电压最小的N_c个子模块；当桥臂电流i_s0时，桥臂放电，将子模块进行降序排列，投入电压最大的N_c个子模块。

但是仅根据电容电压排序，会造成开关元件频繁投切，使开关频率明显提高，能量损耗明显增加，并且当SM数量过多时，还会有排序策略复杂，能量平衡难以控制的问题。MMC的子模块电容电压均衡问题，在降低排序运算量，提高排序速度方面还有优化的空间。

发明内容

为了解决现有技术中存在的MMC子模块电容电压均衡过程中全控型元器件开关频率高、能量损耗大和电压均衡速度慢的问题，本发明提供了一种模块化多电平换流器的子模块快速均压方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种模块化多电平换流器的子模块快速均压方法，包括以下步骤：