模塊化多電平變流器橋臂能量均衡控制方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及變流器控制領域，具體地，涉及一種模塊化多電平變流器橋臂能量均 衡控制方法。
【背景技術】
[0002] 模塊化多電平變流器高壓直流輸電系統(Modular Multilevel Converter High Voltage Direct Current Transmission，MMC_HVDC)因其具有良好的電能傳輸質量、靈活 的功率調節(jié)能力及結構簡單、易于拓展等特性，在海上風電等可再生新能源發(fā)電并網和長 距離柔性直流輸電場合得到廣泛應用。MMC因其采用模塊化子模塊拓撲結構，相比傳統的兩 電平電壓源型變流器，須在運行時額外考慮子模塊電容均壓控制，已有方法通?？紤]單個 子模塊電壓均衡控制，而未考慮橋臂整體能量的均衡。
[0003] 經過檢索，尚未發(fā)現對模塊化電平變流器橋臂能量的均衡控制方法。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種模塊化多電平變流器橋臂能量 均衡控制方法。
[0005] 根據本發(fā)明的一個方面，提供一種模塊化多電平變流器橋臂能量均衡控制方法， 其特征在于，其包括以下步驟：
[0006] 步驟1:在某一時刻t，根據模塊化多電平變流器的相電壓參考值分別計算下一時 刻t+Ts上下橋臂需要開通子模塊的數量；
[0007] 步驟2:根據橋臂電流方向和子模塊電壓大小對子模塊進行排序；
[0008] 步驟3:建立不同補償電平下的橋臂內部電流預測方程，計算橋臂內部電流的參考 值；
[0009] 步驟4:構建代價方程，計算上下橋臂開通數量不同的子模塊時對應的代價方程 值；
[0010] 步驟5:利用代價方程值最小時對應的上下橋臂開通子模塊的數量值，選擇對應的 子模塊作為投入子模塊;并發(fā)布觸發(fā)指令控制投入子模塊以及其余子模塊的開斷；
[0011] 步驟6:每隔采樣時間Ts，重復步驟1至步驟5;當模塊化多電平變流器關閉時，結 束。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟1包括：
[0013] 根據模塊化多電平變流器，簡稱MMC，根據模塊化多電平變流器的相電壓參考值分 別計算上下橋臂需要開通子模塊的數量;計算公式如下：
[0014]
[0015]
[0016] 式中，<(? + :Ts)_表示在t+Ts時刻麗C相電壓的參考值，下標j = a，b，c，表示對應的相 序，Λζ,表示上橋臂開通子模塊數量，表示上橋臂開通子模塊數量，Vd。表示輸入的直流電 壓，<表示子模塊電壓參考值，T s為采樣間隔，roundO表示四舍五入取整函數。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟2包括：
[0018]當上橋臂的電流1"(〇大于0(方向為正），則將上橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 升序排列；
[0019] 當下橋臂的電流inj(t)大于0(方向為正），則將下橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 升序排列；
[0020] 當上橋臂的電流1"(〖)小于0(方向為負），則將上橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 降序排列；
[0021] 當下橋臂的電流inj(t)小于0(方向為負），則將下橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 降序排列；
[0022]其中，排列后上橋臂的第i個子模塊電壓值記為:Vcw(i);排列后下橋臂的第i個子 模塊電壓值記為:Vm(i);將上橋臂重新排列后的子模塊的序號存入數組index"(i)，將下 橋臂重新排列后的子模塊的序號存入數組inde Xnj(i)，其中且i的范圍為[1，2，一，捫4為各 相橋臂擁有的子模塊數量。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟3包括：
[0024] 步驟3.1:構建不同補償電平下橋臂內部電流的預測方程，方程式如下：
[0025]
[0026] 式中：idiffj(t)表示t時刻的橋臂內部電流，idiffj(t+Ts)表示所預測的t+Ts時刻的 橋臂內部電流，下標diff j表示j相的橋臂內部電流，j =a，b，c，Lb表示橋臂的電感值，Rb表示 橋臂的電阻值，k表示補償電平數，且k的取值范圍如下：
[0027]
[0028] 步驟3.2:計算橋臂電流的參考值，計算公式如下：
[0029]
[0030] 式中： 表示t+TJt刻的橋臂內部電流參考值，usj(t)表示交流側相電壓， ij(t)表示交流側相電流，j = a，b，c表示相序，R表示交流側線路電阻值，L表示交流側線路 電感值，λΕ表示誤差反饋權重因子，ΔΕ為橋臂能量誤差。
[0031 ]優(yōu)選地，所述步驟4包括:構建如下的代價方程：
[0032]
[0033] 計算k取不同值時代價方程Jz的值，^(? + rj表示t+TJ寸刻的橋臂內部電流參考 值。
[0034]優(yōu)選地，所述步驟5包括：
[0035] 比較各個取值k對應的代價方程值Jz，選取Jz值最小時的k值，將indexpj(i)數組中 indexPj (1)，indexPj (2)，…+ Α? +幻對應的子模塊作為上橋臂的投入的子模塊；
[0036] 將indexnj(i)數組中indexnj(l)，indexnj(2)，…，纟《如",(1 + < + /?)對應序號的子模 塊作為下橋臂的投入的子模塊；
[0037] 對被選擇的投入的子模塊，給出上開關管導通、下開關管關斷的觸發(fā)指令;對其余 子模塊，給出上開關管關斷、下開關管導通的觸發(fā)指令。
[0038] 與現有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0039] 1、根據本發(fā)明提供的模塊化多電平變流器橋臂能量均衡控制方法采取橋臂內部 電流預測控制，并引入橋臂能量誤差補償策略，提升了 MMC橋臂能量穩(wěn)態(tài)精度。
[0040] 2、根據本發(fā)明提供的模塊化多電平變流器橋臂能量均衡控制方法通過計算不同 開關組合的代價函數來選取最優(yōu)的開關組合，實現橋臂環(huán)流控制、子模塊均壓控制及橋臂 能量均衡控制，系統的控制結構易于數字實現，有利于減小MMC系統子模塊電壓波動。
【附圖說明】
[0041] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0042] 圖1為應用本發(fā)明提供的方法的三相MMC系統結構圖；
[0043] 圖2為圖1所示三相MMC系統的單相等效電路圖；
[0044] 圖3為實施例中MMC系統Α相橋臂所有子模塊電容電壓的動態(tài)響應仿真波形圖；
[0045] 圖4為實施例中MMC系統A相橋臂內部環(huán)流Iza的動態(tài)響應仿真波形圖；
[0046] 圖5為實施例中MMC系統A相橋臂能量Es_的動態(tài)響應仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0048] 根據本發(fā)明提供的模塊化多電平變流器橋臂能量均衡控制方法，包括如下步驟：
[0049] 步驟1:在某一時刻t，根據模塊化多電平變流器的相電壓參考值分別計算下一時 刻t+Ts上下橋臂需要開通子模塊的數量；
[0050] 步驟2:根據橋臂電流方向和子模塊電壓大小對子模塊進行排序；
[0051] 步驟3:建立不同補償電平下的橋臂內部電流預測方程，計算橋臂內部電流的參考 值；
[0052]步驟4:構建代價方程，計算上下橋臂開通數量不同的子模塊時對應的代價方程 值；
[0053]步驟5:利用代價方程值最小時對應的上下橋臂開通子模塊的數量值，選擇對應的 子模塊作為投入子模塊;并發(fā)布觸發(fā)指令控制投入子模塊以及其余子模塊的開斷。
[0054]步驟6:每隔采樣時間Ts，重復步驟1至步驟5;當模塊化多電平變流器關閉時，結 束。
[0055] 所述步驟1包括：
[0056] 根據模塊化多電平變流器，簡稱MMC，根據模塊化多電平變流器的相電壓的值分別 計算上下橋臂的開通子模塊數量;計算公式如下：
[0057]
[0058] Z
[0059] 式中，4(1 + 5)表示在t+Ts時刻MMC相電壓的參考值，下標j=a，b，c，-?表示上橋臂 開通子模塊數量，Μ,,表不上橋臂開通子模塊數量，Vdc表不輸入的直流電壓，<表不子模塊 電壓參考值，Ts為采樣間隔，roundO表示四舍五入取整函數。
[0060] 所述步驟2包括：
[0061] 當上橋臂的電流1"(〇大于0(方向為正），則將上橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 升序排列；
[0062] 當下橋臂的電流inj(t)大于0(方向為正），則將下橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 升序排列；
[0063] 當上橋臂的電流1"(〖)小于0(方向為負），則將上橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 降序排列；
[0064] 當下橋臂的電流inj(t)小于0(方向為負），則將下橋臂子模塊根據子模塊電壓大小 降序排列；
[0065] 其中，排列后上橋臂的第i個子模塊電壓值記為:Vc^(i);排列后下橋臂的第i個子 模塊電壓值記為:Vm(i);將上橋臂重新排列后的子模塊的序號存入數組index"(i)，將下 橋臂重新排列后的子模塊的序號存入數組inde Xnj(i)，其中且i的范圍為[1，2，一，捫4為各 相橋臂擁有的子模塊數量。
[0066] 所述步驟3包括：
[0067] 步驟3.1:構建不同補償電平下橋臂電流的預測方程，方程式如下：