最近電平逼近的均壓調制方法和均壓調制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種最近電平逼近的均壓調制方法，包括：預設子模塊不均衡度h，若橋臂電流i

【技術實現步驟摘要】
最近電平逼近的均壓調制方法和均壓調制裝置
本專利技術涉及柔性輸變電
，具體涉及一種最近電平逼近的均壓調制方法，以及一種最近電平逼近的均壓調制裝置。
技術介紹
與傳統電壓源換流器相比，模塊化多電平換流器(ModularMultileverConverter，MMC)具有擴展性好、諧波小、開關頻率低、對器件一致觸發要求少等優點，在高壓應用領域優勢明顯，尤其適用于直流輸電應用場合。基于MMC的柔性直流輸電技術廣泛應用于新能源送出、城市擴容、區域電網互聯，以及孤島供電等領域，相比于傳統直流輸電技術，柔性直流輸電技術的優勢逐漸凸顯。國內已開展了多項柔性直流輸電示范工程，越來越多的輸電工程采用基于MMC的柔性直流輸電技術，推動著柔性直流輸電技術的發展。MMC中包含大量的功率器件，而對于大量功率器件的控制是本領域的技術難點之一。MMC的調制主要包含兩個功能：一、通過子模塊的投入與切除，依據參考電壓生成影響電壓的波形；二、利用子模塊的充/放電特性完成模塊電壓的均衡控制。下面對這兩個功能進行具體描述。在基于MMC的柔性直流輸電系統中，閥級控制是一項非常關鍵的技術，對于換流閥中橋臂模塊數較多的系統多采用最近電平逼近(NLM)方法進行調制。具體為，通過調節各橋臂中子模塊的投切，使輸出的由不同數量子模塊的電壓之和組成的階梯波形逼近預設的參考電壓波形，從而通過波形上的逼近，判斷出每個橋臂需要投入或切除的子模塊數。對MMC而言，直流側儲能是由多個子模塊電容電壓串聯維持的，當能量變化時，電容電壓必然會存在一定程度的波動；另外，同一個橋臂中的子模塊電容的損耗、容值的大小不同等因素也會使各個子模塊的電容電壓不平衡，影響MMC的正常運行。因此必須對各個子模塊電容電壓進行均衡控制，以保證系統的穩定運行。然而，在傳統的均壓控制策略中，需不斷地根據排序后的電容電壓以及橋臂電流方向來確定各子模塊的投切狀況，即使子模塊電容電壓變化不大，也可能會頻繁投切轉換，導致各橋臂中IGBT的開關次數多，開關損耗大。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術中所存在的上述缺陷，提供一種在滿足均壓要求的前提下，減少功率器件的開關次數、降低開關損耗的基于最近電平逼近的均壓調制方法和均壓調制裝置。解決本專利技術技術問題所采用的技術方案是：本專利技術提供一種最近電平逼近的均壓調制方法，其包括如下步驟：實時采集各個控制周期內各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態信息，以及各橋臂電流iarm的方向信息；獲取本次控制周期內各橋臂中子模塊的當前電容電壓平均值Uave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值；計算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差；預設子模塊不均衡度h，若橋臂電流iarm的方向為正，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave；若橋臂電流iarm的方向為負，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave。本專利技術還提供一種最近電平逼近的均壓調制裝置，其包括：采集單元，用于實時采集各個控制周期內各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態信息，以及各橋臂電流iarm的方向信息；獲取單元，用于獲取本次控制周期內各橋臂中子模塊的當前電容電壓平均值Uave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值；計算單元，用于計算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差；控制單元，其內預設有子模塊不均衡度h，用于在橋臂電流iarm的方向為正時，控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave；以及在橋臂電流iarm的方向為負時，控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave。有益效果：本專利技術所述最近電平逼近的均壓調制方法和均壓調制裝置應用于柔性直流輸電系統的MMC中時，依據子模塊的不均衡度h和橋臂子模塊當前電容電壓平均值Uave，在橋臂電流iarm的方向為正時，控制該橋臂中子模塊的投切，即改變該橋臂中子模塊的投入狀態與切除狀態，保證該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave；在橋臂電流iarm的方向為負時，控制該橋臂中子模塊的投切，即改變該橋臂中子模塊的投入狀態與切除狀態，保證該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave，從而在滿足柔性直流輸電閥控系統子模塊均壓的基礎上，降低了子模塊的開關頻率，減少了子模塊中功率器件(如IGBT)的開關損耗，直接提高了輸電效率。附圖說明圖1為本專利技術所應用的柔性直流輸電系統中MMC的拓撲圖；圖2為本專利技術實施例1提供的一種最近電平逼近的均壓調制方法的流程圖；圖3為本專利技術實施例1提供的又一種最近電平逼近的均壓調制方法的流程圖；圖4為本專利技術實施例2提供的最近電平逼近的均壓調制裝置的示意圖；圖5為圖4中控制單元的結構示意圖；圖6為本專利技術提供的經PSCAD仿真得出的A相上橋臂中各子模塊電容電壓的波形圖。圖中：SM－子模塊；100－采集單元；200－獲取單元；300－計算單元；400－控制單元；401－第一組成模塊；402－第一查找模塊；403－第一投切模塊；404－第二組成模塊；405－第二查找模塊；406－第二投切模塊；500－第一排序單元；600－第二排序單元。具體實施方式為使本領域技術人員更好地理解本專利技術的技術方案，下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步詳細描述。本專利技術所述均壓調制方法和均壓調制裝置可應用于柔性直流輸電系統，其中MMC(模塊化多電平換流器)的拓撲結構詳見圖1。如圖1所示，MMC包括三個相單元，分別為A相單元、B相單元和C相單元，每個相單元均包括上橋臂和下橋臂，共計6個橋臂。每個橋臂的結構相同，均包括依次串聯的電抗器和N個子模塊SM。由于子模塊中含有功率器件，因此也可稱為功率模塊。每個相單元的子模塊的數量是由系統設計之初通過直流母線電壓、電子器件耐壓等級以及子模塊的類型等因素共同決定的。本實施例中，每個相單元的子模塊的數量2N＝Udc/USM，其中Udc是正負直流母線之間的電壓，USM是每個子模塊的電容電壓，N是每個橋臂中子模塊的數量，且N>1。具體地，如圖1所示，對于A相單元的上橋臂，交流輸出端A依次連接電抗器、N個子模塊SM后接入直流母線電壓的正極Vdc+，其中，子模塊SM1的輸出端A1與直流母線電壓的正極Vdc+連接、輸出端B1與相鄰的子模塊SM2的輸出端A2連接，子模塊SMN的輸出端An與相鄰的子模塊SM(N-1)的輸出端B(n-1)連接、子模塊SMN的輸出端Bn與電抗器的一端連接，電抗器的另一端與A相交流本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種最近電平逼近的均壓調制方法，其特征在于，包括如下步驟：實時采集各個控制周期內各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態信息，以及各橋臂電流i

【技術特征摘要】
1.一種最近電平逼近的均壓調制方法，其特征在于，包括如下步驟：實時采集各個控制周期內各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態信息，以及各橋臂電流iarm的方向信息；獲取本次控制周期內各橋臂中子模塊的當前電容電壓平均值Uave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值；計算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差；預設子模塊不均衡度h，若橋臂電流iarm的方向為正，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave；若橋臂電流iarm的方向為負，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*Uave。2.根據權利要求1所述的均壓調制方法，其特征在于，所述均壓調制方法還包括如下步驟：對本次控制周期內各橋臂中已投入的子模塊分別按電容電壓從大到小進行排序，以獲取各橋臂對應的投入狀態子模塊排序列表，其中包括m個子模塊；以及，對本次控制周期內各橋臂中已切除的子模塊分別按電容電壓從大到小進行排序，以獲取各橋臂對應的切除狀態子模塊排序列表，其中包括n個子模塊，且m+n＝N，m、n和N均為整數，N為每個橋臂包括的子模塊數；獲取本次控制周期內各橋臂中子模塊的導通數Non(k)和上個控制周期內各橋臂中子模塊的導通數Non(k-1)，其中k為大于1的整數；當橋臂電流iarm的方向為正時，所述控制該橋臂中子模塊的投切的步驟包括：將該橋臂對應的投入狀態子模塊排序列表中的m個子模塊和切除狀態子模塊排序列表中的n個子模塊按先后順序組成第一排序列表，其中所述m個子模塊的電容電壓從大到小為U1至Um，所述n個子模塊的電容電壓從大到小為Um+1至UN；針對所述第一排序列表，計算Ui-UN-i+1，i從1開始遞增，且i為整數，并依次與h*Uave進行比較，直至找到滿足Ui-UN-i+1<h*Uave的i值；根據找到的i值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切；當橋臂電流iarm的方向為負時，所述控制該橋臂中子模塊的投切的步驟包括：將該橋臂對應的切除狀態子模塊排序列表中的n個子模塊和投入狀態子模塊排序列表中的m個子模塊按先后順序組成第二排序列表，其中所述n個子模塊的電容電壓從大到小為U1至Un，所述m個子模塊的電容電壓從大到小為Un+1至UN；針對所述第二排序列表，計算Uj-UN-j+1，j從1開始遞增，且j為整數，并依次與h*Uave進行比較，直至找到滿足Uj-UN-j+1<h*Uave的j值；根據找到的j值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切。3.根據權利要求2所述的均壓調制方法，其特征在于，所述均壓調制方法還包括如下步驟：計算各橋臂本次控制周期與上次控制周期投入子模塊的數量之差Ndiff＝Non(k)-Non(k-1)；獲取本次控制周期內各橋臂中子模塊的切除數Noff(k)；當橋臂電流iarm的方向為正時，所述根據找到的i值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切的步驟包括：根據找到的i值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對應的第一附加調整模塊數NBAN1；根據NBAN1和Ndiff控制該橋臂中子模塊的投切；當橋臂電流iarm的方向為負時，所述根據找到的j值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切的步驟包括：根據找到的j值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對應的第二附加調整模塊數NBAN2；根據NBAN2和Ndiff控制該橋臂中子模塊的投切。4.根據權利要求3所述的均壓調制方法，其特征在于，所述根據找到的i值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對應的第一附加調整模塊數NBAN1的步驟包括：若Ndiff＝0，則NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))；若Ndiff>0，則NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-Ndiff)；若Ndiff<0，則NBAN1＝Min(NBAN1,Non(k)+Ndiff,Noff(k))；所述根據NBAN1和Ndiff控制該橋臂中子模塊的投切的步驟包括：在NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))時，在切除狀態子模塊排序列表中選擇電壓最小的NBAN1個子模塊投入，以及在投入狀態子模塊排序列表中選擇電壓最大的NBAN1個子模塊切除；在NBAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-Ndiff)時，在切除狀態子模塊排序列表中選擇電壓最小的(NBAN1+Ndiff)個子模塊投入，以及在投入狀態子模塊排序列表中選擇電壓最大的NBAN1個子模塊切除；在NBAN1＝Min(i,Non(k)+Ndiff,Noff(k))時，在切除狀態子模塊排序列表中選擇電壓最小的NBAN1個子模塊投入，以及在投入狀態子模塊排序列表中選擇電壓最大的(NBAN1-Ndiff)個子模塊切除；所述根據找到的j值、Ndiff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對應的第二附加調整模塊數NBAN2的步驟包括：若Ndiff＝0，則NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))；若Ndiff>0，則NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-Ndiff)；若Ndiff<0，則NBAN2＝Min(j,Non(k)+Ndiff,Noff(k))；所述根據NBAN2和Ndiff控制該橋臂中子模塊的投切的步驟包括：在NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))時，在切除狀態子模塊排序列表中選擇電壓最大的NBAN2個子模塊投入，以及在投入狀態子模塊排序列表中選擇電壓最小的NBAN2個子模塊切除；在NBAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-Ndiff)時，在切除狀態子模塊排序列表中選擇電壓最大的(NBAN2+Ndiff)個子模塊投入，以及在投入狀態子模塊排序列表中選擇電壓最小的NBAN2個子模塊切除；在NBAN2＝Min(j,Non(k)+Ndiff,Noff(k))時，在切除狀態子模塊排序列表中選擇電壓最大的NBAN2個子模塊投入，以及在投入狀態子模塊排序列表中選擇電壓最小的(NBAN2-Ndiff)個子模塊切除。5.根據權利要求1-4中任一項所述的均壓調制方法，其特征在于，所述均壓調制方法還包括如下步驟：獲取本次控制周期內各橋臂中子模塊的電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉韜，于向恩，李東松，
申請(專利權)人：特變電工新疆新能源股份有限公司，
類型：發明
國別省市：新疆,65