一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，首先对每组内所有模块按模块电压值的大小进行排序，再查找每组内的最大模块电压Umax(i)以及最小模块电压值Umin(i)，其中i=1，2…N；并根据每个组的最大模块电压值及最小模块电压值对每个模块的模块电压值进行均分处理，得到每个组的模块电压评估值，然后根据桥臂电流的方向从所有组的模块电压评估值U(i,j)中抽取相应的M个模块电压评估值，再根据抽取的M个模块电压评估值及桥臂电流的方向从各组中抽取相应的模块，然后再投入所有组中抽取的模块，其中各组中含有所述M个模块电压评估值的数量与该组中抽取的模块数量相同，采用本发明可以有有效的降低控制器的通讯量，同时实现模块均压。
【专利说明】一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于柔性直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法。
【背景技术】
[0002]随着直流输电技术的不断发展，基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)由于其在可再生能源并网、无源网络供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域的独特优势正取代传统基于晶闸管的直流输电方式。模块化多电平换流器(MMC)由于其模块化，易扩展，谐波含量低等特点已成为柔性直流输电领域最受欢迎的电压源换流器拓扑。
[0003]模块化多电平 换流器正常运行时应保持子模块电容电压均衡，传统的均压方案是采集同一桥臂所有模块电容电压并进行排序，再根据桥臂电流方向和控制算法得到的投入模块数目决定具体哪些模块需要投入。由于在输电领域模块化多电平换流器级联模块数目多、输出电平数多(通常达到几十到上百电平)，要将一个桥臂所有模块的电容电压汇总到一个控制器中进行排序会产生较大的通信量并导致较长的汇总时间，限制了控制频率的提闻。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，该方法可以有效的降低控制器的通讯量，同时实现模块均压。
[0005]为达到上述目的，本发明所述的模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，包括以下步骤:
[0006]I)模块化多电平换流器中含有3个相，每个相中含有2个桥臂，每个桥臂内含有M个模块，将桥臂内的所有模块平均分为N个组，则每组中的模块数为S=M / N;
[0007]2)对每组内所有模块按模块电压值的大小进行排序，再查找每组内的最大模块电压Umax⑴以及最小模块电压值umin(i)，其中?=1，2...Ν;
[0008]3)根据 U(i，j) =Umin(i) +(Umax⑴-Umin⑴).(j-1) / (S-1)，得所有组的模块电压评估值u(i，j)，其中，j=l，2…S，U(i，j)为第i个组的j个模块电压评估值；
[0009]4)根据电压电流双闭环的方法得到每个桥臂中所需抽取的模块数B，将每个桥臂内所有组的模块电压评估值U(i，j)按大小进行排序，并根据桥臂电流的方向抽取B个最小/最大模块电压评估值；
[0010]5)判断每个组内含有被抽取的B个最小/最大模块电压评估值的数量，再根据桥臂电流的方向从每个组中抽取相应数量个最小/最大模块电压对应的模块，然后再投入每个组中抽取的模块，其中每个组中含有被抽取的最小/最大模块电压评估值的数量与该组中抽取的模块数相同。
[0011]当桥臂电流的方向为正时，则从所有组的模块电压评估值U(i，j)中抽取B个最小模块电压评估值，并判断各组中含有所述B个最小模块评估值的数量，再从各组中抽取相应数量个最小模块电压值对应的模块。
[0012]当桥臂电流的方向为负时，则从所有组的模块电压评估值U(i，j)中抽取B个最大模块电压评估值，并判断各组中含有所述B个最大模块评估值的数量，再从各组中抽取相应数量个最大模块电压值对应的模块。
[0013]步骤4)中根据每一组的模块电压范围采用快速排序方法对所有组的模块电压评估值U(i，j)按大小进行排序。
[0014]本发明具有以下有益效果:
[0015]本发明所述的模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法在实现模块均压时，将多电平换流器中各桥臂中的所有模块分为N个组，并查找每个组中的最大模块电压值及最小模块电压值，再根据每个组的最大模块电压值及最小模块电压值对每个模块的模块电压值进行均分处理，得到每个组的模块电压评估值，然后在根据对每个组的模块电压评估值进行排序，再根据排序的结果从各组中抽取相应数量的模块，从而实现各组之间并行计算，克服了传统汇总所有模块电压导致的通信量大的问题，同时有效的减少了模块电压值排序花费的时间，提高了控制多电平换流器的控制频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的流程示意图；
[0017]图2为实施例一中模块化多电平换流器的结构示意图；
[0018]图3为实施例一中模块化多电平`换流器子模块投入状态示意图；
[0019]图4为实施例一中模块化多电平换流器子模块切除状态示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0021]参考图1，本发明所述的模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，包括以下步骤:
[0022]I)模块化多电平换流器中含有3个相，每个相中含有2个桥臂，每个桥臂内含有M个模块，将桥臂内的所有模块平均分为N个组，则每组中的模块数为S=M / N;
[0023]2)对每组内所有模块按模块电压值的大小进行排序，再查找每组内的最大模块电压Umax⑴以及最小模块电压值umin(i)，其中?=1，2...Ν;
[0024]3)根据 U(i，j) =Umin⑴ +(Umax⑴-Umin⑴).(j-1) / (S-1)，得所有组的模块电压评估值u(i，j)，其中，j=l,2-S,U(i, j)为第i个组的j个模块电压评估值；
[0025]4)根据电压电流双闭环的方法得到每个桥臂中所需抽取的模块数B，将每个桥臂内所有组的模块电压评估值U(i，j)按大小进行排序，并根据桥臂电流的方向抽取B个最小/最大模块电压评估值；
[0026]5)判断每个组内含有被抽取的B个最小/最大模块电压评估值的数量，再根据桥臂电流的方向从每个组中抽取相应数量个最小/最大模块电压对应的模块，然后再投入每个组中抽取的模块，其中每个组中含有被抽取的最小/最大模块电压评估值的数量与该组中抽取的模块数相同。
[0027]当桥臂电流的方向为正时，则从所有组的模块电压评估值U(i，j)中抽取B个最小模块电压评估值，并判断各组中含有所述B个最小模块评估值的数量，再从各组中抽取相应数量个最小模块电压值对应的模块。
[0028]当桥臂电流的方向为负时，则从所有组的模块电压评估值U(i，j)中抽取B个最大模块电压评估值，并判断各组中含有所述B个最大模块评估值的数量，再从各组中抽取相应数量个最大模块电压值对应的模块。
[0029]步骤4)中根据每一组的模块电压范围采用快速排序方法对所有组的模块电压评估值U(i，j)按大小进行排序。
[0030]实施例一
[0031]参考图2、图3及图4，模块化多电平换流器由3相，每个相含有2个桥臂，设每个桥臂有M个模块,每一相则有2M个模块,在任意时刻每一相包含的两个桥臂只有M个模块投入以保持直流侧电压恒定。桥臂模块的投入和切除如图3和图4所示，投入时模块电容接入电路中并提供自身电压，切除时相当于模块被短路。在投入时，模块电容可能被充电或放电，规定模块充电的电流方向为正方向，如图3(a)所示。
[0032]I)假定每个桥臂有200个模块，并按照实际物理连接顺序标记为SMl到SM200，同时将其分为10组，每组20个模块。第一组Gl包含SM1-SM20，第二组G2包含SM21-SM40...第 10 组 GlO 包含 SM181-SM200。
[0033]2)对每组模块电压进行排序，找到每组模块电压最大值和最小值。设其分别为[Umin(I) Ufflax(I)], [Ufflin(2) Ufflin(2)], [Ufflin(3) Ufflin(3)], [Ufflin(4) Umax (4) ]，[Ufflin(5)Umax (5)]，[Umin (6) Umax (6)]，[Umin (7) Ufflin (7)], [Ufflin(S) Ufflax (8) ], [Ufflin (9) Umax (9) ]，[Umin(IO)U-(IO)]；
[0034]3)然后将这10组的最值进行汇总，并针对每一组进行子模块电压的预估，以第I组为例:模块电压 U (l，j) =`Umin (I)+ (Umax ⑴-Umin(I) ).(j-1) / 19，j=l，2…20。同理，预估第2-10组的模块电压，最终将所有预估的200个模块电压进行从小到大的排列；
[0035]4)假设根据控制算法得到需要投入的模块数为65个，若此时桥臂电流为正方向(以为模块电容充电方向为电流正方向)，则对排列后的200个模块的前65个模块(模块电压最小的65个模块)进行统计，明确这65个模块归属于1-10组中的哪个组，然后得到
1-10组每个组需要投入多少个模块。若此时桥臂电流为负方向，则对排列后的200个模块的后65个模块(模块电压最大的65个模块)进行统计，明确这65个模块归属于1-10组中的哪个组，然后得到1-10组每个组需要投入多少个模块，假设最终统计得到1-10组需要分别投入 4，5，6，7，2，11，16，3，5，6 个模块；
[0036]5)主控制器将步骤4得到的每一组需要投入的模块数发送到每组的控制器中，组控制器根据需要投入的模块数和此时桥臂的电流方向确定每一组需要投切的模块。以第一组为例，需要投入4个模块，若此时桥臂电流方向为正方向，则投入第一组中电容电压最小的4个模块，若此时桥臂电流方向为负方向，则投入第一组中电容电压最大的4个模块。
【权利要求】
1.一种模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)模块化多电平换流器中含有3个相,每个相中含有2个桥臂,每个桥臂内含有M个模块，将桥臂内的所有模块平均分为N个组，则每组中的模块数为S=M / N ; 2)对每组内所有模块按模块电压值的大小进行排序，再查找每组内的最大模块电压？ax(i)以及最小模块电压值？。11(1)，其中1=1，2"4; 3)根据U(i，j)=?(i)+ (?…(i)-?n(i)).(j-1) / (S-1)，得所有组的模块电压评估值U(i，j)，其中，」=1，2吣5，^1，j)为第i个组的j个模块电压评估值； 4)根据电压电流双闭环的方法得到每个桥臂中所需抽取的模块数B，将每个桥臂内所有组的模块电压评估值U(i，j)按大小进行排序，并根据桥臂电流的方向抽取B个最小/最大模块电压评估值； 5)判断每个组内含有被抽取的B个最小/最大模块电压评估值的数量，再根据桥臂电流的方向从每个组中抽取相应数量个最小/最大模块电压对应的模块，然后再投入每个组中抽取的模块，其中每个组中含有被抽取的最小/最大模块电压评估值的数量与该组中抽取的模块数相同。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，其特征在于，当桥臂电流的方向为正时，则从所有组的模块电压评估值U(i，j)中抽取B个最小模块电压评估值，并判断各组中含有所述B个最小模块评估值的数量，再从各组中抽取相应数量个最小模块电压值对应的模块。
3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，其特征在于，当桥臂电流的方向为负时，则从所有组的模块电压评估值U(i，j)中抽取B个最大模块电压评估值，并判断各组中含有所述B个最大模块评估值的数量，再从各组中抽取相应数量个最大模块电压值对应的模块。
4.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的模块电容电压均压控制方法，其特征在于，步骤4)中根据每一组的模块电压范围采用快速排序方法对所有组的模块电压评估值U(i，j)按大小进行排序。
【文档编号】H02M7/483GK103532419SQ201310406609
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】王跃, 丛武龙, 曹穆 申请人:西安交通大学