一種全橋mmc電容電壓的均衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟：（1）建立正投入記錄庫(kù)、負(fù)投入記錄庫(kù)和切除記錄庫(kù)；（2）找出記錄庫(kù)和橋臂上電容電壓最大和最小的子模塊；（3）根據(jù)橋臂電平、橋臂電流和電容電壓等信息，經(jīng)過(guò)邏輯判斷選擇出需要投切的子模塊；（4）對(duì)已選擇的子模塊進(jìn)行相應(yīng)的投切操作，并對(duì)記錄庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。本發(fā)明方法不僅能夠在維持電容電壓穩(wěn)定的情況下有效降低子模塊的開(kāi)關(guān)頻率，減少換流器損耗，同時(shí)還能免去排序問(wèn)題所帶來(lái)的系統(tǒng)控制頻率下降，系統(tǒng)運(yùn)行性能惡化等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種全橋圖C電容電壓的均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自R.Marquardt教授提出基于半橋子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成的半橋模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)后,近年來(lái),半橋MMC技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展,世界各國(guó)專家學(xué)者對(duì)其開(kāi)展了廣泛而深入的研究。全橋MMC采用全橋型子模塊級(jí)聯(lián)而成，與半橋MMC相比，全橋MMC具有更加靈活和優(yōu)越的特性，如直流故障穿越能力，與傳統(tǒng)晶閘管換流器構(gòu)成的混合直流輸電系統(tǒng)具有更好的潮流反轉(zhuǎn)能力等，具有更加廣闊的應(yīng)用空間。
[0003]子模塊電容電壓是否平衡嚴(yán)重影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其均衡控制策略是MMC-HVDC(高壓直流輸電)的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)研究，一般有兩種方法:一是每個(gè)子模塊通過(guò)引入電壓控制回路實(shí)現(xiàn)電容均壓控制；二是根據(jù)每個(gè)子模塊的電容電壓值，通過(guò)排序合理選擇MMC的脈沖調(diào)制算法實(shí)現(xiàn)，也是目前最為常用的方法。第一種方法需要較多比例積分控制器，當(dāng)子模塊數(shù)量非常龐大時(shí)有一定的實(shí)現(xiàn)難度。第二種方法主要存在如下兩點(diǎn)缺陷:1、子模塊的開(kāi)關(guān)頻率增加，進(jìn)而增大換流器損耗，影響經(jīng)濟(jì)效益；2、排序和選擇算法占用運(yùn)算資源較多，即使是快速排序算法(時(shí)間復(fù)雜度為O(NlogN)，N為橋臂子模塊個(gè)數(shù))，當(dāng)子模塊個(gè)數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，將占用較大的計(jì)算資源，影響系統(tǒng)控制頻率，進(jìn)而影響系統(tǒng)運(yùn)行性能。
[0004]屠卿瑞、徐政、鄭翔等在標(biāo)題為一種優(yōu)化的模塊化多電平換流器電壓均衡控制方法(電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26 (5):15-20.)的文獻(xiàn)中針對(duì)上述第一點(diǎn)缺陷提出了一種優(yōu)化方法，能夠有效降低開(kāi)關(guān)頻率，但未解決第二點(diǎn)缺陷。現(xiàn)有其他技術(shù)也未有效解決排序算法所帶來(lái)的計(jì)算量大、資源占用多等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，不僅能夠在維持電容電壓穩(wěn)定的情況下有效降低子模塊的開(kāi)關(guān)頻率，減少換流器損耗，同時(shí)還能免去排序問(wèn)題所帶來(lái)的系統(tǒng)控制頻率下降，系統(tǒng)運(yùn)行性能惡化等問(wèn)題。
[0006]一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟:
[0007](I)對(duì)于MMC的任一橋臂,建立三個(gè)記錄庫(kù):正投入記錄庫(kù)、負(fù)投入記錄庫(kù)和切除記錄庫(kù)；在初始時(shí)刻，對(duì)橋臂內(nèi)的各子模塊進(jìn)行檢測(cè)，并將輸出電平為正、負(fù)或零的子模塊對(duì)應(yīng)分配至正投入記錄庫(kù)、負(fù)投入記錄庫(kù)和切除記錄庫(kù)中；
[0008](2)對(duì)于當(dāng)前控制時(shí)刻，通過(guò)檢測(cè)獲得各記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值、橋臂的子模塊電容電壓最大值和最小值以及對(duì)應(yīng)子模塊的庫(kù)位置信息，同時(shí)確定橋臂電流；
[0009](3)利用最近電平調(diào)制方法計(jì)算出橋臂在當(dāng)前控制時(shí)刻所需投入的電平數(shù)，將其與前一控制時(shí)刻所需投入的電平數(shù)作差，獲得橋臂電平差；[0010](4)根據(jù)所述的橋臂電平差以及步驟(2)得到的信息，通過(guò)邏輯判斷對(duì)橋臂進(jìn)行子模塊投切操作，并對(duì)記錄庫(kù)進(jìn)行更新。
[0011]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中，對(duì)于橋臂的任一記錄庫(kù)，首先，任取庫(kù)內(nèi)兩個(gè)子模塊進(jìn)行電容電壓比較，令較大的電容電壓為Ucmax,較小的電容電壓為Ucmin ;然后，使庫(kù)內(nèi)其他子模塊的電容電壓與Ucmax和Ucmin逐一進(jìn)行比較,從而更新Ucmax和Ucmin,直至完成所有比較后,最后使Uc順和Ucmin分別作為記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值。該操作過(guò)程所占計(jì)算資源幾乎為本發(fā)明方法的全部，其時(shí)間復(fù)雜度為O(N)，N為橋臂子模塊個(gè)數(shù)。
[0012]所述的步驟(2 )中，使三個(gè)記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值進(jìn)行比較，取三者最大的為橋臂的子模塊電容電壓最大值，并記錄該最大值對(duì)應(yīng)子模塊所在的記錄庫(kù)；使三個(gè)記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最小值進(jìn)行比較，取三者最小的為橋臂的子模塊電容電壓最小值，并記錄該最小值對(duì)應(yīng)子模塊所在的記錄庫(kù)。
[0013]所述的步驟(4)中，若橋臂電平差大于0，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過(guò)邏輯判斷從切除記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加正投入操作，從負(fù)投入記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加切除操作，同時(shí)更新記錄庫(kù)；
[0014]若橋臂電平差小于0，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過(guò)邏輯判斷從切除記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作，從正投入記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加切除操作，同時(shí)更新記錄庫(kù)；
[0015]若橋臂電平差等于0，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過(guò)邏輯判斷從切除記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加正投入操作或負(fù)投入操作，從正投入記錄庫(kù)或負(fù)投入記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加切除操作，同時(shí)更新記錄庫(kù)；或保持不對(duì)橋臂進(jìn)行子模塊投切操作。
[0016]對(duì)于橋臂電平差大于O的情況下:
[0017]若iar,> ο且U^jlin > Ufmto，則從切除記錄庫(kù)中取Ugmin對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加正投入操作；
[0018]若iar.> O且U3in < Ujmin,則從負(fù)投入記錄庫(kù)中取U^lin對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其
施加切除操作；
[0019]若iarn≤O且U?max> U-^ax,則從切除記錄庫(kù)中取.1^max對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加正投入操作；
[0020]若iar.( O且Ufmax < Ugax5則從負(fù)投入記錄庫(kù)中取Ue-^ax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；
[0021]其中:iOT為橋臂電流，uUcmIn分別為切除記錄庫(kù)的子模塊電容電
壓最大值和最小值，分別為負(fù)投入記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值
和最小值。[0022]對(duì)于橋臂電平差小于O的情況下:
[0023]若i_> O且li|max > U^ax,則從切除記錄庫(kù)中取U^nax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作；
[0024]若iar.> O且Ujmax < UJiax,則從正投入記錄庫(kù)中取Ugax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；
[0025]若iar.( O且.UJiin > Ujmin，則從切除記錄庫(kù)中取Ugmin對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作；
[0026]若iarn≥O且U^lin< IiLin ,則從正投入記錄庫(kù)中取Ugil^應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；
[0027]其中:iaM為橋臂電流，
【權(quán)利要求】
1.一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟: (1)對(duì)于MMC的任一橋臂,建立三個(gè)記錄庫(kù):正投入記錄庫(kù)、負(fù)投入記錄庫(kù)和切除記錄庫(kù)；在初始時(shí)刻，對(duì)橋臂內(nèi)的各子模塊進(jìn)行檢測(cè)，并將輸出電平為正、負(fù)或零的子模塊對(duì)應(yīng)分配至正投入記錄庫(kù)、負(fù)投入記錄庫(kù)和切除記錄庫(kù)中； (2)對(duì)于當(dāng)前控制時(shí)刻，通過(guò)檢測(cè)獲得各記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值、橋臂的子模塊電容電壓最大值和最小值以及對(duì)應(yīng)子模塊的庫(kù)位置信息，同時(shí)確定橋臂電流； (3)利用最近電平調(diào)制方法計(jì)算出橋臂在當(dāng)前控制時(shí)刻所需投入的電平數(shù)，將其與前一控制時(shí)刻所需投入的電平數(shù)作差，獲得橋臂電平差； (4)根據(jù)所述的橋臂電平差以及步驟(2)得到的信息，通過(guò)邏輯判斷對(duì)橋臂進(jìn)行子模塊投切操作，并對(duì)記錄庫(kù)進(jìn)行更新。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，對(duì)于橋臂的任一記錄庫(kù)，首先，任取庫(kù)內(nèi)兩個(gè)子模塊進(jìn)行電容電壓比較，令較大的電容電壓為Ucmax，較小的電容電壓為Ucmin ;然后，使庫(kù)內(nèi)其他子模塊的電容電壓與Uanax和Ucfflin逐一進(jìn)行比較，從而更新Ucmax和Ucmin ;直至完成所有比較后,最后使Ucmax和Ucmin分別作為記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，使三個(gè)記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值進(jìn)行比較，取三者最大的為橋臂的子模塊電容電壓最大值，并記錄該最大值對(duì)應(yīng)子模塊所在的記錄庫(kù)；使三個(gè)記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最小值進(jìn)行比較，取三者最小的為橋臂的子模塊電容電壓最小值，并記錄該最小值對(duì)應(yīng)子模塊所在的記錄庫(kù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(4)中，若橋臂電平差大于O，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過(guò)邏輯判斷從切除記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加正投入操作，從負(fù)投入記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加切除操作，同時(shí)更新記錄庫(kù)； 若橋臂電平差小于O，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過(guò)邏輯判斷從切除記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作，從正投入記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加切除操作，同時(shí)更新記錄庫(kù)； 若橋臂電平差等于O，根據(jù)電容電壓和橋臂電流信息通過(guò)邏輯判斷從切除記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加正投入操作或負(fù)投入操作，從正投入記錄庫(kù)或負(fù)投入記錄庫(kù)中取一子模塊對(duì)其施加切除操作，同時(shí)更新記錄庫(kù)；或保持不對(duì)橋臂進(jìn)行子模塊投切操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對(duì)于橋臂電平差大于O的情況下: 若Iar.> O且UfJlin > Ujmin ’則從切除記錄庫(kù)中取ug i對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加正投入操作； 若iar.> O且Ujin < Ugmin,則從負(fù)投入記錄庫(kù)中取!!^^對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作； 若iar.( O且_U?max > Ugiax，則從切除記錄庫(kù)中取Ugmax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加正投入操作； 若iar.( O且L^rrax < Ucriax^則從負(fù)投入記錄庫(kù)中取.對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；其中:i_為橋臂電流，Ugmax和Ugmin分別為切除記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值，U二分別為負(fù)投入記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大
LIIiaALiIllil值和最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對(duì)于橋臂電平差小于O的情況下: 若iar.> O且則從切除記錄庫(kù)中取IjPwov對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其110 、M +.1.CITid X
uCmax uCmax*施加負(fù)投入操作； 若iar.> ο且u?max < Ugax,則從正投入記錄庫(kù)中取ugax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作； 若iar.( O且UJJlin > Ulllin,則從切除記錄庫(kù)中取Ufmin對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作； 若iar.( O且Ugin < Ugmin，則從正投入記錄庫(kù)中取Ue4^in對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；其中:ia?為橋臂電流，Ugmax和Ufmln分別為切除記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值，UiJiax和Ugin分別為正投入記錄庫(kù)的子模塊電容電壓最大值和最小值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對(duì)于橋臂電平差等于O的情況下: 若Umax-Umin ( Uref,則保持不對(duì)橋臂進(jìn)行子模塊投切操作； 若UmaxUmin > Uref且iaM > O,則判斷以下關(guān)系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax對(duì)應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取Ugmax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作，同時(shí)從負(fù)投入記錄庫(kù)中取應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；若是且Umax對(duì)應(yīng)的子模塊處于正投入記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取U0CMIN 對(duì)應(yīng)



的子模塊對(duì)其施加正投入操作，同時(shí)從正投入記錄庫(kù)中取U+1CMax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作； 若否且Umin對(duì)應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加正投入操作，同時(shí)從正投入記錄庫(kù)中取Iie+Jtax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；若否且Umin對(duì)應(yīng)的子模塊處于負(fù)投入記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取Ugmax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作，同時(shí)從負(fù)投入記錄庫(kù)中取U^in對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作； 若Umax-Umin > Uref且iaM ≤ O,則判斷以下關(guān)系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax對(duì)應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取IjPrril3v對(duì)應(yīng)的子


CiTlaX模塊對(duì)其施加正投入操作，同時(shí)從正投入記錄庫(kù)中取1^^?對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；若是且U-對(duì)應(yīng)的子模塊處于負(fù)投入記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取Ugmin對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作，同時(shí)從負(fù)投入記錄庫(kù)中取對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切

ucmax除操作；若否且Umin對(duì)應(yīng)的子模塊處于切除記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取'對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加負(fù)投入操作，同時(shí)從負(fù)投入記錄庫(kù)中取Ugax對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作； 若否且Umin對(duì)應(yīng)的子模塊處于正投入記錄庫(kù)，則從切除記錄庫(kù)中取Ulnax.對(duì)應(yīng)的子模塊對(duì)其施加正投入操作，同時(shí)從正投入記錄庫(kù)中取應(yīng)的子模塊對(duì)其施加切除操作；其中:i_為橋臂電流，
【文檔編號(hào)】H02J3/16GK103683995SQ201310445110
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】徐政, 許烽, 劉高任, 肖晃慶 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)