一種全橋mmc電容電壓的均衡控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種全橋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、負投入記錄庫和切除記錄庫；（2）找出記錄庫和橋臂上電容電壓最大和最小的子模塊；（3）根據橋臂電平、橋臂電流和電容電壓等信息，經過邏輯判斷選擇出需要投切的子模塊；（4）對已選擇的子模塊進行相應的投切操作，并對記錄庫進行數據更新。本發明方法不僅能夠在維持電容電壓穩定的情況下有效降低子模塊的開關頻率，減少換流器損耗，同時還能免去排序問題所帶來的系統控制頻率下降，系統運行性能惡化等問題。
【專利說明】一種全橋圖C電容電壓的均衡控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力電子系統【技術領域】，具體涉及一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法。
【背景技術】
[0002]自R.Marquardt教授提出基于半橋子模塊級聯構成的半橋模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)后,近年來,半橋MMC技術得到了蓬勃發展,世界各國專家學者對其開展了廣泛而深入的研究。全橋MMC采用全橋型子模塊級聯而成，與半橋MMC相比，全橋MMC具有更加靈活和優越的特性，如直流故障穿越能力，與傳統晶閘管換流器構成的混合直流輸電系統具有更好的潮流反轉能力等，具有更加廣闊的應用空間。
[0003]子模塊電容電壓是否平衡嚴重影響著系統的穩定性，其均衡控制策略是MMC-HVDC(高壓直流輸電)的關鍵技術之一。根據研究，一般有兩種方法:一是每個子模塊通過引入電壓控制回路實現電容均壓控制；二是根據每個子模塊的電容電壓值，通過排序合理選擇MMC的脈沖調制算法實現，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，當子模塊數量非常龐大時有一定的實現難度。第二種方法主要存在如下兩點缺陷:1、子模塊的開關頻率增加，進而增大換流器損耗，影響經濟效益；2、排序和選擇算法占用運算資源較多，即使是快速排序算法(時間復雜度為O(NlogN)，N為橋臂子模塊個數)，當子模塊個數達到一定程度時，將占用較大的計算資源，影響系統控制頻率，進而影響系統運行性能。
[0004]屠卿瑞、徐政、鄭翔等在標題為一種優化的模塊化多電平換流器電壓均衡控制方法(電工技術學報，2011，26 (5):15-20.)的文獻中針對上述第一點缺陷提出了一種優化方法，能夠有效降低開關頻率，但未解決第二點缺陷。現有其他技術也未有效解決排序算法所帶來的計算量大、資源占用多等問題。

【發明內容】

[0005]針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，不僅能夠在維持電容電壓穩定的情況下有效降低子模塊的開關頻率，減少換流器損耗，同時還能免去排序問題所帶來的系統控制頻率下降，系統運行性能惡化等問題。
[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)對于MMC的任一橋臂,建立三個記錄庫:正投入記錄庫、負投入記錄庫和切除記錄庫；在初始時刻，對橋臂內的各子模塊進行檢測，并將輸出電平為正、負或零的子模塊對應分配至正投入記錄庫、負投入記錄庫和切除記錄庫中；
[0008](2)對于當前控制時刻，通過檢測獲得各記錄庫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應子模塊的庫位置信息，同時確定橋臂電流；
[0009](3)利用最近電平調制方法計算出橋臂在當前控制時刻所需投入的電平數，將其與前一控制時刻所需投入的電平數作差，獲得橋臂電平差；[0010](4)根據所述的橋臂電平差以及步驟(2)得到的信息，通過邏輯判斷對橋臂進行子模塊投切操作，并對記錄庫進行更新。
[0011]優選地，所述的步驟(2)中，對于橋臂的任一記錄庫，首先，任取庫內兩個子模塊進行電容電壓比較，令較大的電容電壓為Ucmax,較小的電容電壓為Ucmin ;然后，使庫內其他子模塊的電容電壓與Ucmax和Ucmin逐一進行比較,從而更新Ucmax和Ucmin,直至完成所有比較后,最后使Uc順和Ucmin分別作為記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值。該操作過程所占計算資源幾乎為本發明方法的全部，其時間復雜度為O(N)，N為橋臂子模塊個數。
[0012]所述的步驟(2 )中，使三個記錄庫的子模塊電容電壓最大值進行比較，取三者最大的為橋臂的子模塊電容電壓最大值，并記錄該最大值對應子模塊所在的記錄庫；使三個記錄庫的子模塊電容電壓最小值進行比較，取三者最小的為橋臂的子模塊電容電壓最小值，并記錄該最小值對應子模塊所在的記錄庫。
[0013]所述的步驟(4)中，若橋臂電平差大于0，根據電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作，從負投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；
[0014]若橋臂電平差小于0，根據電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加負投入操作，從正投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；
[0015]若橋臂電平差等于0，根據電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作或負投入操作，從正投入記錄庫或負投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；或保持不對橋臂進行子模塊投切操作。
[0016]對于橋臂電平差大于O的情況下:
[0017]若iar,> ο且U^jlin > Ufmto，則從切除記錄庫中取Ugmin對應的子模塊對其施加正投入操作；
[0018]若iar.> O且U3in < Ujmin,則從負投入記錄庫中取U^lin對應的子模塊對其
施加切除操作；
[0019]若iarn≤O且U?max> U-^ax,則從切除記錄庫中取.1^max對應的子模塊對其施加正投入操作；
[0020]若iar.( O且Ufmax < Ugax5則從負投入記錄庫中取Ue-^ax對應的子模塊對其施加切除操作；
[0021]其中:iOT為橋臂電流，uUcmIn分別為切除記錄庫的子模塊電容電
壓最大值和最小值，分別為負投入記錄庫的子模塊電容電壓最大值
和最小值。[0022]對于橋臂電平差小于O的情況下:
[0023]若i_> O且li|max > U^ax,則從切除記錄庫中取U^nax對應的子模塊對其施加負投入操作；
[0024]若iar.> O且Ujmax < UJiax,則從正投入記錄庫中取Ugax對應的子模塊對其施加切除操作；
[0025]若iar.( O且.UJiin > Ujmin，則從切除記錄庫中取Ugmin對應的子模塊對其施加負投入操作；
[0026]若iarn≥O且U^lin< IiLin ,則從正投入記錄庫中取Ugil^應的子模塊對其施加切除操作；
[0027]其中:iaM為橋臂電流，
【權利要求】
1.一種全橋MMC電容電壓的均衡控制方法，包括如下步驟: (1)對于MMC的任一橋臂,建立三個記錄庫:正投入記錄庫、負投入記錄庫和切除記錄庫；在初始時刻，對橋臂內的各子模塊進行檢測，并將輸出電平為正、負或零的子模塊對應分配至正投入記錄庫、負投入記錄庫和切除記錄庫中； (2)對于當前控制時刻，通過檢測獲得各記錄庫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應子模塊的庫位置信息，同時確定橋臂電流； (3)利用最近電平調制方法計算出橋臂在當前控制時刻所需投入的電平數，將其與前一控制時刻所需投入的電平數作差，獲得橋臂電平差； (4)根據所述的橋臂電平差以及步驟(2)得到的信息，通過邏輯判斷對橋臂進行子模塊投切操作，并對記錄庫進行更新。
2.根據權利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，對于橋臂的任一記錄庫，首先，任取庫內兩個子模塊進行電容電壓比較，令較大的電容電壓為Ucmax，較小的電容電壓為Ucmin ;然后，使庫內其他子模塊的電容電壓與Uanax和Ucfflin逐一進行比較，從而更新Ucmax和Ucmin ;直至完成所有比較后,最后使Ucmax和Ucmin分別作為記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值。
3.根據權利要求1所述的均衡控制方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，使三個記錄庫的子模塊電容電壓最大值進行比較，取三者最大的為橋臂的子模塊電容電壓最大值，并記錄該最大值對應子模塊所在的記錄庫；使三個記錄庫的子模塊電容電壓最小值進行比較，取三者最小的為橋臂的子模塊電容電壓最小值，并記錄該最小值對應子模塊所在的記錄庫。
4.根據權利要求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，根據電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作，從負投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫； 若橋臂電平差小于O，根據電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加負投入操作，從正投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫； 若橋臂電平差等于O，根據電容電壓和橋臂電流信息通過邏輯判斷從切除記錄庫中取一子模塊對其施加正投入操作或負投入操作，從正投入記錄庫或負投入記錄庫中取一子模塊對其施加切除操作，同時更新記錄庫；或保持不對橋臂進行子模塊投切操作。
5.根據權利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對于橋臂電平差大于O的情況下: 若Iar.> O且UfJlin > Ujmin ’則從切除記錄庫中取ug i對應的子模塊對其施加正投入操作； 若iar.> O且Ujin < Ugmin,則從負投入記錄庫中取!!^^對應的子模塊對其施加切除操作； 若iar.( O且_U?max > Ugiax，則從切除記錄庫中取Ugmax對應的子模塊對其施加正投入操作； 若iar.( O且L^rrax < Ucriax^則從負投入記錄庫中取.對應的子模塊對其施加切除操作；其中:i_為橋臂電流，Ugmax和Ugmin分別為切除記錄庫的子模塊電容電壓最大值和最小值，U二分別為負投入記錄庫的子模塊電容電壓最大
LIIiaALiIllil值和最小值。
6.根據權利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對于橋臂電平差小于O的情況下: 若iar.> O且則從切除記錄庫中取IjPwov對應的子模塊對其110 、M +.1.CITid X
uCmax uCmax*施加負投入操作； 若iar.> ο且u?max < Ugax,則從正投入記錄庫中取ugax對應的子模塊對其施加切除操作； 若iar.( O且UJJlin > Ulllin,則從切除記錄庫中取Ufmin對應的子模塊對其施加負投入操作； 若iar.( O且Ugin < Ugmin，則從正投入記錄庫中取Ue4^in對應的子模塊對其施加切除操作；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的子模塊電容電壓最大值和最小值。
7.根據權利要求4所述的均衡控制方法，其特征在于:對于橋臂電平差等于O的情況下: 若Umax-Umin ( Uref,則保持不對橋臂進行子模塊投切操作； 若UmaxUmin > Uref且iaM > O,則判斷以下關系式是否成立:
Umax Ucref I〉I Umin Ucref若是且Umax對應的子模塊處于切除記錄庫，則從切除記錄庫中取Ugmax對應的子模塊對其施加負投入操作，同時從負投入記錄庫中取應的子模塊對其施加切除操作；若是且Umax對應的子模塊處于正投入記錄庫，則從切除記錄庫中取U0CMIN 對應



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


CiTlaX模塊對其施加正投入操作，同時從正投入記錄庫中取1^^?對應的子模塊對其施加切除操作；若是且U-對應的子模塊處于負投入記錄庫，則從切除記錄庫中取Ugmin對應的子模塊對其施加負投入操作，同時從負投入記錄庫中取對應的子模塊對其施加切

ucmax除操作；若否且Umin對應的子模塊處于切除記錄庫，則從切除記錄庫中取'對應的子模塊對其施加負投入操作，同時從負投入記錄庫中取Ugax對應的子模塊對其施加切除操作； 若否且Umin對應的子模塊處于正投入記錄庫，則從切除記錄庫中取Ulnax.對應的子模塊對其施加正投入操作，同時從正投入記錄庫中取應的子模塊對其施加切除操作；其中:i_為橋臂電流，
【文檔編號】H02J3/16GK103683995SQ201310445110
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】徐政, 許烽, 劉高任, 肖晃慶 申請人:浙江大學