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一种模化多电平变换器的均压控制方法

阅读:571发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种模化多电平变换器的均压控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种模 块 化多电平变换器的均压控制方法,通过单载波调制计算出任意时刻系统投入的子模块数量,并对该时刻的各子模块电容 电压 值、桥臂 电流 值以及进行采集;将子模块电容电 压实 际值和其额定值差值的绝对值与子模块电容电压所允许 波动 值的大小关系作为是否进行排序的判定条件;根据排序结果和桥臂电流流向给相应子模块分配脉冲。本发明控制策略在保证了各子模块电容电压都能稳定在其额定值附近的同时,降低了系统的 开关 损耗 ;排序 算法 逻辑简单、速度快、 稳定性 好,适合工程应用。,下面是一种模化多电平变换器的均压控制方法专利的具体信息内容。

1.一种模化多电平变换器的均压控制方法,其特征在于:通过一个三载波调制计算出任意时刻桥臂内投入的子模块数量,并对该时刻的各子模块电容电压值、桥臂电流值以及子模块数量进行采集;将子模块电容电压所允许波动值设为其额定值的3%,将子模块电容电压实际值和其额定值差值的绝对值与子模块电容电压所允许波动值的大小关系作为判定条件,采用插入排序法进行排序;根据排序结果和桥臂电流流向给相应子模块分配脉冲。
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的均压控制方法,其特征在于,当所有子模块电容电压值Uc(i i=1~n)都满足|Uci-Uc额定 |<3% Uc额定时,直接沿用上一次排序的结果不进行重新排序,此时子模块的投切状态不变,IGBT不动作。
3.根据权利要求2所述的一种模块化多电平变换器的均压控制方法,其特征在于,如果存在有子模块电容电压值Uci(i=1~n)不满足|Uci-Uc额定 |<3% Uc额定时,采用插入排序算法对桥臂内n个子模块的电容电容电压值进行排序,得到排序结果Uc1>Uc2>…>Ucn以及Uc1~Ucn与各子模块的映射关系;
当桥臂电流ipa大于0时,对Uc(n-npa+1) ~Ucn映射的子模块发出“1”脉冲,对Uc1~Uc(n-npa)映射的子模块发出“0”脉冲;
当桥臂电流ipa小于0时,对Uc1~Uc(npa)映射的子模块发出“1”脉冲,对Uc(npa+1)~Ucn映射的子模块发出“0”脉冲。
4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平变换器的均压控制方法,其特征在于,所述的插入排序法是将所有待排序的数组分为已排序和未排序两个区域,最开始只有第一个数归在已排序区域其余数归在未排序区域,然后将未排序区域的第一个数按照其大小顺序插入到已排序的数组中,使得插入新数后的已排序区域仍维持由大到小或由小到大的性质,依此类推直到所有数都进入已排序区域后排序结束。

说明书全文

一种模化多电平变换器的均压控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电系统领域,具体涉及一种模块化多电平变换器(MMC)的均压策略,适用于高压直流输电(HVDC)、柔性交流输电(FACTS)等场合。

背景技术

[0002] 随着电力电子技术的飞速发展,多电平变换器在高压直流输电、柔性交流输电以及电气传动领域都得到了广泛的应用。其中,模块化多电平变换器具有公共直流母线、高度模块化结构、输出特性好、开关频率低等一系列优势,一经提出就成为了国内外学者研究的热点。
[0003] 目前针对MMC相关技术的研究主要集中在其控制策略方面,其中,对MMC子模块电容电压的平衡控制是实现MMC应用的重难点之一。传统均压策略采用多载波调制,需要等同于子模块数量的三载波,当子模块数量较多时消耗软硬件资源较大;另外,传统均压策略需对各子模块的电容电压进行实时排序不设有进行排序的判定条件,因此每一次排序之后都可能造成子模块投切状态的改变,势必会造成IGBT的频繁开断,从而给系统带来很多不必要的开关损耗,这是在实际工程应用中人们不愿意看到的。

发明内容

[0004] 本发明的目的是设计一种模块化多电平变换器的均压策略,其在调制方式上只需一个三角载波,无关于系统的子模块数量;在保证MMC各子模块电容电压都能稳定在其额定值附近的同时,减少IGBT的开关次数,降低系统的开关损耗;采用一种逻辑简单、速度快、稳定高的排序算法进行排序。
[0005] 为了实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种模块化多电平变换器的均压控制方法,论子模块数量为多少,均只需通过一个三角载波调制计算出任意时刻桥臂内投入的子模块数量,并对该时刻的各子模块电容电压值、桥臂电流值以及子模块数量进行采集;将子模块电容电压所允许波动值设为其额定值的3%,将子模块电容电压实际值和其额定值差值的绝对值与子模块电容电压所允许波动值的大小关系作为判定条件,采用插入排序法进行排序;根据排序结果和桥臂电流流向给相应子模块分配脉冲。
[0006] 所述的一种模块化多电平变换器的均压控制方法,当所有子模块电容电压值Uc(i i=1~n)都满足|Uci-Uc额定 |<3% Uc额定时,直接沿用上一次排序的结果不进行重新排序,此时子模块的投切状态不变,IGBT不动作。
[0007] 所述的一种模块化多电平变换器的均压控制方法,如果存在有子模块电容电压值Uc(i i=1~n)不满足|Uci-Uc额定 |<3% Uc额定时,采用插入排序算法对桥臂内n个子模块的电容电容电压值进行排序,得到排序结果Uc1>Uc2>…>Ucn以及Uc1~Ucn与各子模块的映射关系;当桥臂电流ipa大于0时,对Uc(n-npa+1) ~Ucn映射的子模块发出“1”脉冲,对Uc1~Uc(n-npa)映射的子模块发出“0”脉冲;
当桥臂电流ipa小于0时,对Uc1~Uc(npa)映射的子模块发出“1”脉冲,对Uc(npa+1)~Ucn映射的子模块发出“0”脉冲。
[0008] 所述的一种模块化多电平变换器的均压控制方法,其插入排序法是将所有待排序的数组分为已排序和未排序两个区域,最开始只有第一个数归在已排序区域其余数归在未排序区域,然后将未排序区域的第一个数按照其大小顺序插入到已排序的数组中,使得插入新数后的已排序区域仍维持由大到小或由小到大的性质,依此类推直到所有数都进入已排序区域后排序结束。
[0009] 本发明的有益效果是:调制方式只需一个三角载波,与系统子模块数量无关,大大节省了软硬件资源;控制了子模块电容电压波动幅度的同时,避免了子模块IGBT不必要的动作,降低了系统的开关损耗;使用插入排序算法进行排序,逻辑简单、速度快、稳定性好。附图说明
[0010] 图1是本发明均压控制方法的流程图;图2是本发明单载波调制流程图;
图3是本发明插入排序算法流程图。

具体实施方式

[0011] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0012] 本发明公开了一种模块化多电平变换器(MMC)的均压控制方法,无论子模块数量为多少,均只需通过一个三角载波调制计算出任意时刻桥臂内投入的子模块数量,并对该时刻的各子模块电容电压值、桥臂电流值以及子模块数量进行采集;将子模块电容电压所允许波动值设为其额定值的3%,将子模块电容电压实际值和其额定值差值的绝对值与子模块电容电压所允许波动值的大小关系作为判定条件,采用插入排序法进行排序;根据排序结果和桥臂电流流向给相应子模块分配脉冲。
[0013] 本发明均压策略的调制方式采用单载波调制,无论系统子模块数量多少,均只需一个三角载波,相比于传统多载波调制,节省了软硬件资源;引入了排序的判定条件,有效地避免了传统实时排序所导致的子模块IGBT频繁开断问题,从而显著地降低了器件的开关频率及系统的开关损耗;排序算法使用插入排序法,此排序算法逻辑简单、速度快、稳定性好,适合工程实际应用。
[0014] 该模块化多电平变换器的均压策略具体实施流程参考图1所示,其算法简单,控制了子模块电容电压波动幅度的同时,避免了子模块IGBT不必要的动作,降低了系统的开关损耗。
[0015] 单载波调制流程图如图2所示, 表示 的取整,通过一个取值范围0~1的三角载波Tri与 进行比较,将比较结果与 进行加和得
出任意时刻MMC桥臂内投入的子模块数量 。
[0016] 计算出任意时刻MMC桥臂内投入的子模块数量npa之后,对该时刻的各子模块电容电压值、桥臂电流值以及npa进行采集,再设置排序的判定条件——是否所有子模块的电容电压值Uc(i i=1~n)都满足不等式|Uci-Uc额定 |<3% Uc额定。
[0017] 如果存在有子模块的电容电压值不满足该不等式时,则采用图3中所示的插入排序算法对桥臂内n个子模块的电容电容电压值进行排序,得到排序结果Uc1>Uc2>…>Ucn以及Uc1~Ucn与各子模块的映射关系。
[0018] 当桥臂电流ipa大于0时,对Uc(n-npa+1) ~Ucn映射的子模块发出“1”脉冲,对Uc1~Uc(n-npa)映射的子模块发出“0”脉冲。当桥臂电流ipa小于0时,对Uc1~Uc(npa)映射的子模块发出“1”脉冲,对Uc(npa+1)~Ucn映射的子模块发出“0”脉冲。如果所有子模块的电容电压值都满足该不等式时,则无需进行排序,直接按照上一次的排序结果对相应子模块发出脉冲。
[0019] 所述的插入排序算法流程如图1所示,插入排序法是将所有待排序的数组分为已排序和未排序两个区域,最开始只有第一个数归在已排序区域其余数归在未排序区域,然后将未排序区域的第一个数按照其大小顺序插入到已排序的数组中,使得插入新数后的已排序区域仍维持由大到小或由小到大的性质,依此类推直到所有数都进入已排序区域后排序结束。
[0020] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,以及部分运用的实施例,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
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