[发明专利]一种基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法

权利要求书

1.一种基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：根据具有控保功能的MMC子模块旁路开关状态对子模块进行分类，将各子模块分成正常运行子模块和冗余备用子模块；

步骤2：在步骤1的基础上，对所有子模块进行预充电的MMC启动策略，对所有子模块电容进行预充电；

步骤3：在步骤2结束后，设计载波动态分配器在正常子模块发生故障、冗余子模块投入运行时，对所有子模块对应载波进行再分配。

2.根据权利要求1所述的基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，其特征在于：所述步骤1中具有控保功能的子模块包括串联的上下两个绝缘栅双极型晶体管IGBT₁和IGBT₂，两个绝缘栅双极型晶体管IGBT₁和IGBT₂分别反向并联二极管D₁和D₂，上下两个绝缘栅双极型晶体管IGBT₁和IGBT₂串联后并联有电容C，下绝缘栅双极型晶体管IGBT₂并联有旁路开关K和旁路晶闸管T，根据旁路开关K的状态，将各子模块分成正常运行子模块和冗余备用子模块；旁路开关K闭合则为冗余备用子模块，旁路开关K断开则为正常运行子模块。

3.根据权利要求1所述的基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，其特征在于：所述步骤2对所有子模块电容进行预充电的具体步骤如下：

步骤201：MMC系统启动的不控阶段，MMC每个桥臂上所有子模块的旁路开关均打开，所有子模块的IGBT均处于开断状态，交流系统电压通过每个子模块的二极管给电容C充电，电容C电压可达到最大值U_cmax：

U_cmax＝1.414U_s/(N+M)

其中，U_s是交流系统电压的有效值，N为正常运行子模块个数，M为冗余备用子模块个数；

步骤202：MMC系统启动的可控阶段，每个子模块的电容电压达到不控阶段的最大值U_cmax时，根据载波移相调制方法设计的触发器，由闭锁状态切换到投入状态，系统进入启动的可控阶段，冗余备用子模块旁路开关闭合，所有冗余备用子模块的载波为T_cb，冗余备用子模块IGBT均闭锁保持电压不变；同时，正常运行子模块电容继续充电后载波为经过移相后的载波T_cps；

其中，T_cps为第i个元素相移2πi/N的载波，T_cb为用于产生IGBT闭锁触发电平的载波。

4.根据权利要求1所述的基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，其特征在于：所述步骤3对所有子模块对应载波进行再分配的具体步骤如下：

1）故障前：系统没有发生子模块故障时，正常运行子模块的载波为相移后的载波T_cps，旁路开关均打开；冗余备用子模块的载波为T_cb，旁路开关均闭合；

2）故障时：闭合故障子模块的旁路开关，故障子模块退出运行，电容电压放电为0，其载波为由原来的T_cps变成T_cb，IGBT均处于闭锁状态；同时，打开替代故障子模块的冗余备用子模块的旁路开关，冗余子模块投入运行，其载波保持原来的T_cb不变，该冗余子模块的电容继续充电；

3）故障后：当投入运行的冗余子模块的电容电压接近电容电压的额定值时，投入运行的子模块载波改变为每个子模块分配相移后的载波T_cps；

其中，T_cps为第i个元素相移2πi/N的载波，T_cb为用于产生IGBT闭锁触发电平的载波。

5.根据权利要求3所述的基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，其特征在于：所述载波移相调制方法设计的触发器，在没有冗余备用子模块投入时，第j个子模块的调制波M_uj由共同基本正弦调制波U_u叠加对应子模块的电容均压控制值U_vbj和环流抑制控制值U_cir组成；对于冗余模块的电容均压控制值和环流抑制控制值，需要先判断是否该冗余模块的载波为移相之后的载波，若是，则按照正常子模块的调制波组成方式计算该模块的调制波，否则，不进行计算；

第j个子模块的调制波M_uj：

M_uj＝U_u+U_cir+U_vbj

1）U_u：是由dq解耦控制得到的每个子模块的共同基本正弦调制波，由式计算得到：

Uu=Udc2N-urN]]>

其中，U_dc是直流侧电压，u_r是换流器阀侧交流电压经过dq解耦控制得到的电压值；

2）U_cir：是环流抑制控制量，通过在基本调制波U_u上，叠加环流抑制控制器得到；具体实现过程为：将全部子模块电容电压的平均值U_cav与参考量U_cref比较后通过PI控制器产生环流整定值，再与三相桥臂间产生环流i_cir比较后经过PI控制器产生环流抑制策略控制器输出值U_cir；

其中，三相桥臂间产生环流i_cir通过下式得到：

icir=12(iu+il)]]>

其中，i_u与i_l分别指上桥臂与下桥臂电流；

子模块电容电压的平均值U_cav通过下式得到：

Ucav=Σj=1j=N+MKj·Ucj]]>

其中，U_cj是第j个子模块的电容电压，K_j是第j个子模块的旁路开关状态；

3）U_vbi：是第i个子模块的电容均压控制量；将第j个子模块的电容电压U_cj与参考值U_cref比较，经过比例环节，再通过桥臂电流方向来判断输出值的正负，最后得到A相第j个子模块的均压控制值U_vbj。