[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

说明书

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，涉及一种基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法。

背景技术

随着大功率电力电子器件的发展，基于IGBT等全控型电力电子器件和脉宽调制（Pulse-width Modulation，PWM）技术的电压源型换流器（Voltage Source Converter，VSC）成为直流输电发展的新趋势。基于电压源型换流器的高压直流输电（High Voltage Direct Current,HVDC）系统由于其经济灵活和高可控的优点，在大型风电场并网、分布式发电并网、孤岛供电、非同步交流电网互联以及多端直流输电等领域得到了广泛的应用。

但常规的VSC-HVDC系统一般采用两电平或三电平电压源型换流器，存在开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、换流站占地面积大的缺点，此外还存在串联器件动态均压的问题。模块化多电平变流器（modular multilevel converter，MMC）是目前最有前景的新型电压源换流器。它新型灵活模块化的拓扑结构结构使其可扩展性强，容易实现冗余控制，并很好的克服了传统电压源换流器存在开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、换流站占地面积大、动态均压困难等缺点，成为近几年国内外研究的热点。

MMC的桥臂是由若干个结构相同的子模块（sub-module，SM）串联组成，一旦有SM发生故障，换流器将无法正常工作，甚至可能退出运行。这将会对整个直流系统的可靠性造成严重威胁。因此，设计子模块冗余保护策略是十分必要的。

冗余保护策略根据所采用的调制方法的不同而不同。目前MMC的常用的调制方法主要有三种：空间矢量脉宽调制方法（space vector pulse-width modulation，SVPWM），最近电平调制方法（nearest level modulation，NLM）和载波移相调制方法(carrier phase-shifted SPWM，CPS-SPWM)。各调制方法适用于不同的应用场合，各有优缺点。其中，载波移相调制方法(carrier phase-shifted SPWM，CPS-SPWM)由于其动态调节能力强，可以结合电容均压附加控制，减少开关频率，且具有良好的谐波特性，在工程上得到了广泛的应用。但CPS-SPWM方法通过每个子模块对应的载波与调制波的比较产生触发信号，并不进行电容排序，因此CPS-SPWM无法像最近电平调制方法一样容易实现子模块的冗余保护策略，这是目前CPS-SPWM遇到的主要问题之一。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，在子模块发生故障时，处理载波移相调制策略中冗余子模块投运时的载波分配问题，而且不会对系统产生明显的扰动，具有通用性，易于实现。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于载波移相调制的MMC冗余保护策略的实现方法，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。

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。

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：