一种AM-MMC的桥臂独立调制方法及控制系统

本发明属于多电平换流器桥臂调制，尤其涉及一种am-mmc的桥臂独立调制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)凭借电压质量高、控制灵活及易于拓展的优势已在多项柔直工程中获得应用，有望成为未来高压直流输电、直流配电以及多能源互联系统中的主流换流器拓扑。相比于传统的两电平和三电平换流器，mmc采用“模块化”思想在优化运行性能的同时也使用了更多的电容器、功率半导体开关和散热设备。以某一项目的±500kv柔性直流电网为例，四个换流站中每个桥臂均配备了244个子模块，换流站投资成本、体积和重量明显增加。随着实际工程应用的增加，mmc的轻型化需求逐渐凸显，是其工程推广应用中面临的瓶颈问题。电容器作为mmc的重要组成部分，在换流站投资成本与体积重量方面占比较大，是mmc轻型化研究的主要目标。

3、桥臂复用型模块化多电平换流器(arm multiplexing modular multilevelconverter，am-mmc)基于“分时复用”思想改进传统mmc拓扑结构，引入复用桥臂及桥臂切换开关，提高了子模块利用率，与mmc相比子模块装配数最多可减少25%，有效推进了模块化多电平换流器的轻型化设计。

4、目前桥臂复用型mmc在调制策略及参数优化设计方面存在一定的不足，现有文献中存在仅将适用于mmc的nlm调制策略及cps调制策略经简单改进后，移植到了am-mmc中，导致参数优化设计困难、桥臂间能量耦合带来的电容电压波动较大及环流较大等问题，增加了换流器器件选型压力，增加了阀体造价和体积。因此，为推动am-mmc投入工程应用，需着重对其调制策略进行改进，并对参数进行优化设计。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种am-mmc的桥臂独立调制方法及控制系统，在确保换流器能力的前提下，拓宽了换流器的参数设计范围，降低了am-mmc中间桥臂子模块电容容值需求，并有效抑制了相单元中二倍频环流，进而降低了桥臂电流的大小及对于器件的参数要求。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、第一方面，公开了一种am-mmc的桥臂独立调制方法，包括：

4、桥臂复用型模块化多电平换流器等效上、下桥臂子模块投入数量，并判断复用模式；

5、根据调制比例系数控制环节计算比例系数，基于比例系数计算桥臂复用型模块化多电平换流器的三个桥臂的调制波及投入子模块的数量，同时将三个桥臂内子模块电容电压进行排序构成序列；

6、对于选定各自桥臂所投入子模块，基于各自桥臂电流方向，所需要投入的子模块数及排序序列确定。

7、作为进一步的技术方案，对于等效上桥臂调制波，若对应投入子模块数量大于 n/2，或等于 n/2且上一控制周期投入子模块数量为 n/2-1，即处于波形的上升区段，所需投入的子模块一定在递增，则处于上桥臂复用模式，投入的子模块由上桥臂和中桥臂共同承担；此时等效下桥臂调制波对应投入的子模块数量一定小于 n/2，或等于 n/2且上一控制周期投入子模块数量为 n/2+1，即处于波形的下降区段，所需投入的子模块一定在递减，下桥臂独自即可完成调制工作。

8、对于等效下桥臂调制波，若投入子模块数量大于 n/2，或等于 n/2且上一控制周期投入子模块数量为 n/2-1，即处于波形的上升区段，所需投入的子模块一定在递增，则处于下桥臂复用模式，投入的子模块由中桥臂和下桥臂共同承担；此时等效上桥臂调制波对应投入的子模块数量一定小于 n/2，或等于 n/2且上一控制周期投入子模块数量为 n/2+1，即处于波形的下降区段，所需投入的子模块一定在递减，上桥臂独自即可完成调制工作。

9、作为进一步的技术方案，以三个桥臂的电容电压平均值为控制量，来确定调制比例系数，此系数用于将等效桥臂的调制波划分成三个桥臂独立的调制波，同时计算三个桥臂投入的子模块数量。

10、作为进一步的技术方案，取得桥臂内子模块电容电压的平均值与额定值的偏差量，若桥臂内电容电压的平均值大于设定的额定值，减小比例系数，即减小此桥臂输出电压波形占等效桥臂调制波形比例的方式减少能量积累。而对于相单元而言，当某一桥臂能量积累过多时，一定存在能量积累过少的桥臂。电容电压平均值会直接指示出能量积累较少的桥臂，通过增大比例系数，即增大此桥臂输出电压波形占等效桥臂调制波形比例的方式增加能量积累，通过对三个桥臂的调制波比例系数取和求平均值的方法进行修正，即可得到当前状态下最适合的调制比例系数。

11、作为进一步的技术方案，所述比例系数为0-1之间的小数。

12、作为进一步的技术方案，计算三个桥臂投入子模块的数量时，具体公式为：

13、

14、上桥臂复用模式时，比例系数在与等效桥臂调制波对应的投入子模块数 npj相乘之后，进行round取整计算，若取整计算结果小于等于 n/2，则保留结果作为上桥臂投入的子模块数 nuj；

15、若取整计算结果大于 n/2，但桥臂仅能提供 n/2个子模块，则取 n/2作为上桥臂投入的子模块数 nuj；

16、中间桥臂投入的子模块数 nmj由等效桥臂子模块数 npj与上桥臂子模块数 nuj作差取得。

17、第二方面，公开了桥臂复用型模块化多电平换流器的桥臂独立调制的控制系统，包括：

18、复用模式判断模块，被配置为：确定桥臂复用型模块化多电平换流器等效上、下桥臂子模块投入数量，并判断复用模式；

19、三个桥臂投入子模块的数量确定模块，被配置为：根据调制比例系数控制环节计算比例系数，基于比例系数计算桥臂复用型模块化多电平换流器的三个桥臂投入子模块的数量，同时将三个桥臂内子模块电容电压进行排序构成序列；

20、每个桥臂的子模块确定模块，被配置为：根据复用模式及三个桥臂内电流方向从对应的桥臂内子模块排序后的序列中确定选择的每个桥臂的子模块。

21、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

22、本发明技术方案的桥臂独立调制方法，通过桥臂及电容的能量约束关系，引入了调制比例系数，通过单独控制三个桥臂调制波，即控制输出电压波形的方式，解决了相间的能量均衡问题，使得电容电压排序仅需完成桥臂内子模块电容电压均衡工作。

23、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。