[发明专利]一种子模块故障下MMC损耗优化控制方法、系统及设备

说明书

本发明公开了一种子模块故障下MMC损耗优化控制方法、系统及设备，具体方案是：当模块化多电平换流器子模块出现故障后，切除该故障子模块；采用基频环流控制器抑制基频环流；通过实时计算故障桥臂和健康桥臂子模块损耗，以健康桥臂子模块平均损耗为给定值，故障桥臂子模块平均损耗为实际值，将二者之差通过PI控制器输出调节故障桥臂子模块的载波频率，以降低故障桥臂子模块的开关损耗，从而实现故障桥臂和健康桥臂子模块间的损耗平衡。与常规方法相比，本发明不增加额外的建设成本，控制算法简单且不影响输出电能质量，解决了子模块故障后故障桥臂和健康桥臂间的损耗平衡问题。

技术领域

本发明涉及一种子模块故障下模块化多电平换流器损耗优化控制技术，属于多电平电力电子换流器技术领域。

背景技术

MMC(modular multilevel converter，模块化多电平换流器)因其模块化结构、高扩展性、高效率等优点，已成为中高压、大功率应用中最有吸引力的拓扑之一。

MMC内部包含大量子模块，每个子模块都是一个潜在的故障点。子模块发生故障被旁路后，会导致故障桥臂剩余子模块电容电压升高，损耗增大，使得故障桥臂和剩余五个健康桥臂间的损耗不均衡。损耗不均衡会导致热应力不均衡从而导致子模块寿命分布的不均衡。此外故障桥臂子模块损耗增大、发热增加会导致其故障概率上升，进一步危害MMC的整体可靠性，因此需要对子模块故障下的MMC进行损耗优化控制。

目前针对MMC的损耗优化控制，常用的方法有改变子模块拓扑结构法、二次环流注入法、基于子模块电容电压平衡控制法等。但改变子模块拓扑结构法会增加MMC建设成本，二次环流注入法只能优化子模块内部器件损耗，无法实现故障桥臂和健康桥臂间的损耗平衡，基于子模块电容电压平衡控制法会增大桥臂内子模块电容电压差异，影响输出电能质量，这些缺点限制了上述方法在实际工程中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种子模块故障下,MMC损耗优化控制方法，以实现子模块故障后故障桥臂和健康桥臂间的损耗平衡。

本发明为解决以上技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种子模块故障下模块化多电平换流器损耗优化控制方法，包括以下步骤：

S1、在模块化多电平换流器正常运行时，当任一子模块出现故障，切除该故障子模块；

S2、采用一种基于基频环流抑制的容错控制方法，通过基频环流控制器抑制基频环流，使得模块化多电平换流器仍能保持正常运行；

S3、实时测量当前控制周期内，故障桥臂和同相健康桥臂的桥臂电流、子模块电容电压、子模块开关函数。其中，，F代表故障桥臂，H代表健康桥臂，，为该桥臂内剩余子模块数量；

S4、利用模块化多电平换流器子模块内各功率器件的损耗计算公式，计算故障桥臂和健康桥臂的子模块平均损耗；

S5、以健康桥臂子模块平均损耗为给定值，故障桥臂子模块平均损耗为实际值，将二者之差通过PI控制器输出调节故障桥臂子模块的载波频率，使得故障桥臂子模块平均损耗与健康桥臂子模块平均损耗相等，最终实现模块化多电平换流器子模块故障下的损耗优化控制。

进一步的，所述S2中的基频环流抑制采用基于dq解耦的基频环流控制器实现。

进一步的，所述S3中的子模块开关函数表示为：                       (1)

 子模块投入为：第一功率开关器件T₁处于导通状态，第二功率开关器件T₂处于关断状态。子模块切除为：第一功率开关器件T₁处于关断状态，第二功率开关器件T₂处于导通状态。