CN107342697A - 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法 - Google Patents

稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107342697A
CN107342697A CN201710570378.9A CN201710570378A CN107342697A CN 107342697 A CN107342697 A CN 107342697A CN 201710570378 A CN201710570378 A CN 201710570378A CN 107342697 A CN107342697 A CN 107342697A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
submodule
voltage
full
bridge submodule
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710570378.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107342697B (zh
Inventor
林磊
林艺哲
徐晨
胡家兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201710570378.9A priority Critical patent/CN107342697B/zh
Publication of CN107342697A publication Critical patent/CN107342697A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107342697B publication Critical patent/CN107342697B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种稳态负电平输出下混合型MMC子模块电容参数的获取方法,包括根据混合型MMC桥臂电压调制波获得电压调制波的第一过零点、电压调制波的第二过零点、桥臂电流的第一过零点以及桥臂电流的第二过零点,并以桥臂电压调制波的第一过零点为起点确定周期终点;根据混合型MMC桥臂电压调制波、实际功率因数以及电压调制比分析两种子模块电容四个阶段电压波动情况,分析并判断子模块电容电压波动类型并计算子模块电容储能变化最大值;根据两种子模块电容额定电压、两种子模块电容储能变化最大值以及设计电容电压波动率获得两种子模块的电容设计值。本发明根据电容电压波动情况提出了全桥子模块和半桥子模块电容参数的量化获取方法。

Description

稳态负电平输出下混合型MMC子模块电容参数的获取方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域,更具体地,涉及稳态负电平输出下混合型MMC子模块电容参数的获取方法。
背景技术
模块化多电平变换器(MMC,Modular Multi-Level Converter)具有模块化程度高、容错能力强、交流侧谐波含量小等优势,具有广泛的应用范围,尤其在高压柔性直流输电领域,目前已成为柔性直流输电工程的首选换流器拓扑。
混合型模块化多电平变换器,同时含有半桥子模块与全桥子模块,拓扑结构如附图1所示,其中全桥子模块具有负电平输出能力。利用全桥子模块的负电平输出能力,混合型MMC可以实现直流故障穿越,同时在稳态时可以提高电压调制比,使其大于1,进而提升传输电压和传输容量。目前,针对混合型MMC的研究主要针对其在直流故障穿越方面的问题,在稳态负电平输出工况下鲜有研究,尤其是子模块电容的分析与设计。
目前针对电容电压波动机理的分析主要针对基于半桥子模块的MMC,现有方法从桥臂瞬时功率出发,分析输入桥臂的能量波动最大值,均分到每个子模块即为子模块电容储能波动最大值,进而根据子模块电容电压平均值及电容电压波动率要求计算出子模块电容参数。上述方法中假设了一个桥臂中所有子模块的电容电压波动均一致,但是在稳态负电平输出情况下,混合型MMC由于半桥子模块不具备负电平输出能力,因此两种子模块的投切过程会存在差异。所以,两种子模块中电容储能的变化有所不同,表现为子模块电容电压波动的不同。由于这种差异,应用于基于半桥子模块的MMC的子模块电容参数获取方法,不能直接应用于稳态负电平输出工况下的混合型MMC。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种稳态负电平输出下混合型MMC子模块电容参数的获取方法,旨在解决现有技术在稳态下利用全桥子模块输出负电平从而使电压调制比大于1时,混合型MMC中子模块电容参数的设计问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种稳态负电平输出下混合型MMC子模块电容参数的获取方法,混合型MMC包括全桥子模块和半桥子模块,两种子模块电容电压均通过均衡策略控制,且稳态下全桥子模块可输出负电平,混合型MMC交流侧负载功率因数需不小于0.9,且电压调制比需小于2且大于1,包括:
根据混合型MMC桥臂电压调制波获得电压调制波的第一过零点t1、电压调制波的第二过零点t2、桥臂电流的第一过零点t3以及桥臂电流的第二过零点t4,并以桥臂电压调制波的第一过零点t1为起点,确定周期终点t5;并定义第一阶段为电压调制波的第一过零点t1和电压调制波的第二过零点t2之间时间段,第二阶段为电压调制波的第二过零点t2和桥臂电流的第一过零点t3之间时间段,第三阶段为桥臂电流的第一过零点t3和桥臂电流的第二过零点t4之间时间段,第四阶段为桥臂电流的第二过零点t4和周期终点t5之间时间段;
根据混合型MMC桥臂电压调制波、实际功率因数以及电压调制比获得两种子模块电容四个阶段的电压波动情况,根据两种子模块电容四个阶段的电压波动情况确定两个子模块电容电压波动情况所属子模块电容电压波动类型;其中,子模块电容电压波动类型包括三类;
根据两个子模块电容电压波动情况所属电容电压波动类型获得两种子模块电容储能变化最大值,根据两种子模块电容额定电压、两种子模块电容储能变化最大值以及设计电容电压波动率获得两种子模块电容设计值。
优选地,根据如下公式获得四个阶段的分界点:
其中,ω为交流额定角速度,m为电压调制比,为交流侧功率因数角。
优选地,子模块电容电压波动类型的判断条件为:
当t6>t7时,即当当,两个子模块电容电压波动情况属于第一类子模块电容电压波动类型;
当t6<t7且t4<t9时,即当时,两个子模块电容电压波动情况属于第二类子模块电容电压波动类型;
当t6<t7且t4>t9时,即当时,两个子模块电容电压波动情况属于第三类子模块电容电压波动类型;
其中,t6为第二阶段中需要投入的子模块数大于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻,t7为第二阶段中两种子模块电容电压相等的时刻;t9为第四阶段中需要投入的子模块数等于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻;t10为第四阶段中两种子模块电容电压相等的时刻。
优选地,根据公式获得第二阶段中需要投入的子模块数大于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻;
根据公式获得第四阶段中需要投入的子模块数等于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻。
优选地,子模块电容电压波动类型具体为:
第一类子模块电容电压波动类型为在t1到t2之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块充电;在t2到t7之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电;t7到t3之间两种子模块同时放电;t3到t4之间两种子模块同时充电;t4到t5之间两种子模块同时放电;
第二类子模块电容电压波动类型为在t1到t2之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块充电;在t2到t6之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电;t6到t3之间两种子模块同时放电;t3到t4之间两种子模块同时充电;t4到t9之间两种子模块同时放电,t9到t10之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电,t10到t5之间两种子模块同时放电;
第三类子模块电容电压波动类型为在t1到t2之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块充电;在t2到t6之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电;t6到t3之间两种子模块同时放电;t3到t4之间两种子模块同时充电;t4到t10之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电,t10到t5之间两种子模块同时放电。
优选地,子模块电容电压波动类型为第一类子模块电容电压波动类型时,
根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
其中,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值,N为混合型MMC桥臂中子模块总数,F为混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数,pp为桥臂瞬时功率。
优选地,所述子模块电容电压波动类型为第二类子模块电容电压波动类型时,根据如下公式获得获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
其中,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值,N为混合型MMC桥臂中子模块总数,F为混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数,pp为桥臂瞬时功率。
优选地,所述子模块电容电压波动类型为第三类子模块电容电压波动类型时,根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
其中,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值,N为混合型MMC桥臂中子模块总数,F为混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数,pp为桥臂瞬时功率。
优选地,根据公式获得全桥子模块电容设计值,根据公式获得半桥子模块电容设计值;
其中,CH为半桥子模块电容参数,CF为全桥子模块电容参数,Uc为子模块电容额定电压,εH为半桥子模块电容电压波动率,εF为全桥子模块电容电压波动率。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
按照本发明所提供的稳态负电平工况下混合型MMC子模块电容参数获取方法,可在交流侧负载功率因数不小于0.9,电压调制比大于1且小于2的条件下,根据两种子模块电容电压储能变化极值点即为功率变化过零点,根据电压调制波过零点和电流过零点将一个周期分解为四个阶段,根据工程及研究所需的实际功率因数与电压调制比,获得各个时刻的关系,分析判断出子模块电容电压波动类型,计算四个阶段中全桥子模块电容电压储能变化最大值和半桥子模块电容电压储能变化最大值。并利用子模块电容计算公式准确得到所需的子模块电容参数。
附图说明
图1是本发明的三相混合型MMC整流器主电路拓扑图;
图2是本发明提供的稳态负电平输出下混合型MMC电容参数获取方法的流程图;
图3是本发明的三相混合型MMC整流器A相上桥臂电压电流波形及分段分析示意图;
图4是本发明的三种子模块电容波动类型示意图;
图5是本发明的具体实施步骤示意图;
图6是本发明实施例直流侧电压电流波形;
图7是本发明实施例交流侧电压电流波形;
图8是本发明实施例A相上桥臂电压电流波形及9个子模块的电容电压波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
按照本发明,混合型MMC交流侧负载功率因数需不小于0.9,能够使混合型MMC正常运行时经验值,电压调制比m满足1<m<2。由于稳态时需要负电平输出,因此子模块电容电压均衡策略需要有所改变。
当稳态时需要让混合型MMC输出负电平,本发明采用的策略如下:当桥臂电压调制波为负时,桥臂中仅全桥子模块参与排序投切,半桥子模块全部旁路;当调制波为正时,全桥子模块和半桥子模块共同参与排序投切;两种子模块电容电压均采用均衡策略控制。
为解决上述问题,本发明明确了所述工况下混合型MMC中两种子模块电容电压的波动特性,并利用波形图进行了描述。同时,根据电容电压波动情况提出了半桥子模块和全桥子模块电容参数量化获取方法。
图1为本发明的三相混合型MMC整流器主电路拓扑图;图2是本发明提供的稳态负电平输出下混合型MMC电容参数获取方法的流程图;该获取方法包括如下步骤:
(1)明确一个周期内,桥臂电压调制波的第一过零点t1和桥臂电压调制波的第二过零点t2,以及桥臂电流的第三过零点t3和桥臂电流的第四过零点t4,并以桥臂电压调制波的第一过零点t1为起点,确定周期终点t5,如附图2所示,将之后的一个周期可分为四个阶段:t1~t2、t2~t3、t3~t4、t4~t5
(2)针对上述四个阶段,结合子模块电容电压均衡策略,从桥臂瞬时功率出发,根据混合型MMC桥臂电压调制波、实际功率因数以及电压调制比分别对两种子模块电容的充放电的物理过程进行分析,获得两种子模块电容四个阶段的电容储能变化量。
(3)根据种子模块电容四个阶段的电容储能变化量分别得出两种子模块电容储能变化最大值,根据子模块电容额定电压、两种子模块电容储能变化最大值以及设计电容电压波动率,按照如下关系式得出子模块电容参数设计公式:
其中,CH为半桥子模块电容参数,CF为全桥子模块电容参数,Uc为子模块电容额定电压,εH为半桥子模块电容电压波动率,εF为全桥子模块电容电压波动率,εH和εF根据工程实际需要选取,电压波动率越大,IGBT电压应力越大,寿命越短,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值。
以A相上桥臂为例,四个阶段的分段点表达式如下:
其中,ω为交流额定角速度,m为电压调制比,为交流侧功率因数角。
以A相上桥臂为例,获得两种子模块电容四个阶段的电容储能变化量具体说明如下:
桥臂瞬时功率pp表达式为:
其中,Vdc为直流侧电压,Im为交流侧电流幅值。
第一阶段(t1~t2)中,按照子模块电容电压均衡策略,仅全桥子模块投入充电,因此半桥子模块的电容储能变化ΔEH1和全桥子模块的电容储能变化ΔEF1分别为:
其中,F为桥臂中的全桥子模块个数。
为满足提压运行以及直流故障穿越的条件,F和电压调制比m需满足如下关系:
其中,N为桥臂子模块总数。
第二阶段(t2~t3)中,按照子模块电容电压均衡策略,两种子模块均参与排序选择,投入放电。但由于第一阶段全桥子模块投入充电,半桥子模块旁路,因此该阶段会优先选择全桥子模块。
该阶段需考虑如下两个时刻:
t6:需要投入的子模块数大于F;
t7:全桥子模块的电容电压等于半桥子模块的电容电压。
其中,t6满足如下表达式:
分析可知在给定条件下,t6<t3恒成立,因此该阶段共可能出现两种情况,对两种情况分别描述如下。
A、t7<t6<t3,该情况的限制条件需满足如下关系式:
这种情况下,两种子模块电容电压会在该阶段达到相等,后续两个阶段中二者将不存在区别。则该阶段中半桥子模块的电容储能变化ΔEH2和全桥子模块的电容储能变化ΔEF2分别为:
B、t6<t7,该情况的限制条件需满足如下关系式:
这种情况下,在该阶段中先到达t6,则在t2至t6之间仅全桥子模块投入,在t6至t3之间两种子模块同时投入。则该阶段中半桥子模块的电容储能变化ΔEH2和全桥子模块的电容储能变化ΔEF2分别为:
第三阶段(t3~t4)中,按照子模块电容电压均衡策略,两种子模块均参与排序选择,投入充电。
在第二阶段A情况下,由于两种子模块电容电压已相等,因此该阶段二者同时参与投切,半桥子模块的电容储能变化ΔEH3和全桥子模块的电容储能变化ΔEF3分别为:
在第二阶段B情况,全桥子模块电容电压比半桥子模块更高,因此该阶段会优先选择半桥子模块。
该阶段需考虑如下时刻:
t8:需要投入的子模块数等于N-F。
其中,t8满足如下表达式:
在功率因数、电压调制比、全桥子模块个数的限制条件下,t8>t4恒成立,即桥臂中需要的子模块数始终大于半桥子模块总个数,因此该阶段两种子模块同时投入。故半桥子模块的电容储能变化ΔEH3和全桥子模块的电容储能变化ΔEF3分别为:
第四阶段(t4~t5)中,按照子模块电容电压均衡策略,两种子模块均参与排序选择,投入放电。
在第二阶段A情况下,由于两种子模块电容电压已相等,因此该阶段二者同时参与投切,半桥子模块的电容储能变化ΔEH4和全桥子模块的电容储能变化ΔEF4分别为:
在第二阶段B情况,全桥子模块电容电压比半桥子模块更高,因此该阶段会优先选择全桥子模块。该阶段需考虑如下时刻:
t9:需要投入的子模块数等于F;
其中,t9满足如下表达式:
该阶段共可能出现两种情况,对两种情况分别描述如下。
A、t4<t9,该情况的限制条件需满足如下关系式:
这种情况下,在t4~t9之间两种子模块均投入,t9之后半桥子模块旁路,全桥子模块继续放电,直至二者电容电压相等,设此时刻为t10。则t9~t10之间仅全桥子模块投入,t10~t5之间两种子模块均投入。因此阶段中半桥子模块的电容储能变化ΔEH4和全桥子模块的电容储能变化ΔEF4分别为:
B、t4>t9,该情况的限制条件需满足如下关系式:
这种情况下,从t4开始半桥子模块旁路,全桥子模块投入放电直至二者电容电压相等,设此时刻为t10。则t4~t10之间仅全桥子模块投入,t10~t5之间两种子模块均投入。因此阶段中半桥子模块的电容储能变化ΔEH4和全桥子模块的电容储能变化ΔEF4分别为:
以A相上桥臂为例,对步骤3具体说明如下:
通过两种子模块电容四个阶段的电容储能变化量的分析,可以得出附图4所示的3种子模块电容波动类型。其中,FBSM表示全桥子模块,HBSM表示半桥子模块,进而可根据各类型草图明确两种子模块电容储能变化最大值。具体分类如下:
第一类(t7<t6),草图如附图4(a)所示。根据草图可看出半桥子模块的电容储能变化最大值ΔEHmax和全桥子模块的电容储能变化ΔEFmax分别为:
进而可根据式(1)计算出两种子模块的电容参数。
第二类(t6<t7,t4<t9),草图如附图4(b)所示。根据草图可看出半桥子模块的电容储能变化最大值ΔEHmax和全桥子模块的电容储能变化ΔEFmax分别为:
进而可根据式(1)计算出两种子模块的电容参数。
第三类(t6<t7,t4>t9),草图如附图4(c)所示。根据草图可看出半桥子模块的电容储能变化最大值ΔEHmax和全桥子模块的电容储能变化ΔEFmax分别为:
进而可根据式(1)计算出两种子模块的电容参数。
依照本发明附图1搭建三相混合型MMC整流器仿真模型,每个桥臂中子模块个数N等于9,其中全桥子模块个数F等于6。直流电压Vdc设置为12kV,直流电流为1kA,交流侧相电压幅值设定为10.2kV,交流侧电流幅值Im为0.784kA,电压调制比为1.7;传输有功功率12MW,无功功率0MVar,功率因数为1;半桥子模块和全桥子模块电容均选择5mF,子模块电容电压选择为1.8kV。
以下将利用上述实施例,对本发明所述稳态负电平下混合型模块化多电平换流器电容参数获取方法进行说明,具体步骤如附图5所示。本实施例电压调制比为1.7,运行于稳态负电平工况。根据本实施例参数可以计算出子模块电容电压波动分析的分段时间点为:
针对第二阶段,计算可得t6为0.0122s,可见在该实施例中t6<t3。进一步判断可知:
因此t6<t7,即该实施例子模块电容电压波动的第二阶段应属于情况B。
针对第四阶段,计算可得t9为0.0178s,可见在该实施例中t4<t9。因此该实施例子模块电容电压波动的第四阶段应属于情况A。
综上,该实施例子模块电容电压波动类型属于发明所述第二种类型。应该选择式(24)和式(25)计算子模块电容储能变化最大值,进一步利用式(1)计算电容参数。为方便实施例实施,本实施例选定了子模块电容参数为5mF,子模块电容电压为1.8kV,因此可通过上述两式明确子模块电容电压波动率。通过计算可得半桥子模块电容电压波动率εH和全桥子模块电容电压波动率εF分别为:
εH=0.92%,εF=5.68%
运行该实施例,观测直流侧电压电流波形如附图6所示,观测交流侧电压电流波形如附图7所示,可见***电压调制比为1.7,运行于稳态负电平工况下。观测A相上桥臂电压电流波形及9个子模块的电容电压波形如附图8所示,可见两种子模块电容电压波动情况与附图4(b)所示第二类波动类型吻合,其中半桥子模块电容电压波动率为1.1%,全桥子模块电容电压波动率为5.42%,均基本符合理论计算值。可见,本发明所述稳态负电平下混合型模块化多电平换流器子模块电容参数获取方法准确。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种稳态负电平输出下混合型MMC子模块电容参数的获取方法,混合型MMC包括全桥子模块和半桥子模块,两种子模块电容电压均通过均衡策略控制,且稳态下全桥子模块可输出负电平,混合型MMC交流侧负载功率因数需不小于0.9,且电压调制比需小于2且大于1,其特征在于,包括:
根据混合型MMC桥臂电压调制波获得电压调制波的第一过零点t1、电压调制波的第二过零点t2、桥臂电流的第一过零点t3以及桥臂电流的第二过零点t4,并以桥臂电压调制波的第一过零点t1为起点,确定周期终点t5;并定义第一阶段为电压调制波的第一过零点t1和电压调制波的第二过零点t2之间时间段,第二阶段为电压调制波的第二过零点t2和桥臂电流的第一过零点t3之间时间段,第三阶段为桥臂电流的第一过零点t3和桥臂电流的第二过零点t4之间时间段,第四阶段为桥臂电流的第二过零点t4和周期终点t5之间时间段;
根据混合型MMC桥臂电压调制波、实际功率因数以及电压调制比获得两种子模块电容四个阶段的电压波动情况,根据两种子模块电容四个阶段的电压波动情况确定两个子模块电容电压波动情况所属子模块电容电压波动类型;其中,子模块电容电压波动类型包括三类;
根据两个子模块电容电压波动情况所属电容电压波动类型获得两种子模块电容储能变化最大值,根据两种子模块电容额定电压、两种子模块电容储能变化最大值以及设计电容电压波动率获得两种子模块电容设计值。
2.如权利要求1所述获取方法,其特征在于,根据如下公式获得四个阶段的分界点:
其中,ω为交流额定角速度,m为电压调制比,为交流侧功率因数角。
3.如权利要求1所述获取方法,其特征在于,所述子模块电容电压波动类型的判断条件为:
当t6>t7时,即当当,两个子模块电容电压波动情况属于第一类子模块电容电压波动类型;
当t6<t7且t4<t9时,即当时,两个子模块电容电压波动情况属于第二类子模块电容电压波动类型;
当t6<t7且t4>t9时,即当时,两个子模块电容电压波动情况属于第三类子模块电容电压波动类型;
其中,t6为第二阶段中需要投入的子模块数大于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻,t7为第二阶段中两种子模块电容电压相等的时刻;t9为第四阶段中需要投入的子模块数等于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻;t10为第四阶段中两种子模块电容电压相等的时刻。
4.如权利要求3所述获取方法,其特征在于,根据公式获得第二阶段中需要投入的子模块数大于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻;
根据公式获得第四阶段中需要投入的子模块数等于混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数F的时刻。
5.如权利要求3所述获取方法,其特征在于,所述子模块电容电压波动类型具体为:
第一类子模块电容电压波动类型为在t1到t2之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块充电;在t2到t7之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电;t7到t3之间两种子模块同时放电;t3到t4之间两种子模块同时充电;t4到t5之间两种子模块同时放电;
第二类子模块电容电压波动类型为在t1到t2之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块充电;在t2到t6之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电;t6到t3之间两种子模块同时放电;t3到t4之间两种子模块同时充电;t4到t9之间两种子模块同时放电,t9到t10之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电,t10到t5之间两种子模块同时放电;
第三类子模块电容电压波动类型为在t1到t2之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块充电;在t2到t6之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电;t6到t3之间两种子模块同时放电;t3到t4之间两种子模块同时充电;t4到t10之间半桥子模块处于旁路状态,全桥子模块放电,t10到t5之间两种子模块同时放电。
6.如权利要求5所述获取方法,其特征在于,所述子模块电容电压波动类型为第一类子模块电容电压波动类型时根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
其中,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值,N为混合型MMC桥臂中子模块总数,F为混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数,pp为桥臂瞬时功率。
7.如权利要求5所述获取方法,其特征在于,所述子模块电容电压波动类型为第二类子模块电容电压波动类型时,根据如下公式获得获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
其中,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值,N为混合型MMC桥臂中子模块总数,F为混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数,pp为桥臂瞬时功率。
8.如权利要求5所述获取方法,其特征在于,所述子模块电容电压波动类型为第三类子模块电容电压波动类型时,根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
根据如下公式获得全桥子模块的电容电压储能变化最大值;
其中,ΔEHmax为半桥子模块电容电压储能变化最大值,ΔEFmax为全桥子模块电容电压储能变化最大值,N为混合型MMC桥臂中子模块总数,F为混合型MMC桥臂中的全桥子模块个数,pp为桥臂瞬时功率。
9.如权利要求1至8任一项所述的获取方法,其特征在于,根据公式获得全桥子模块电容设计值,根据公式获得半桥子模块电容设计值;
其中,CH为半桥子模块电容参数,CF为全桥子模块电容参数,Uc为子模块电容额定电压,εH为半桥子模块电容电压波动率,εF为全桥子模块电容电压波动率。
CN201710570378.9A 2017-07-13 2017-07-13 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法 Active CN107342697B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710570378.9A CN107342697B (zh) 2017-07-13 2017-07-13 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710570378.9A CN107342697B (zh) 2017-07-13 2017-07-13 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107342697A true CN107342697A (zh) 2017-11-10
CN107342697B CN107342697B (zh) 2019-04-23

Family

ID=60218064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710570378.9A Active CN107342697B (zh) 2017-07-13 2017-07-13 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107342697B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108387768A (zh) * 2018-02-08 2018-08-10 东南大学 一种基于主从结构的混合型mmc模块电容电压测量方法
CN108594001A (zh) * 2018-02-08 2018-09-28 东南大学 一种基于采样时刻分类的mmc多模块电容电压测量方法
CN113437888A (zh) * 2021-07-14 2021-09-24 东北林业大学 一种基于电平调整的混合型模块化多电平换流器容错控制方法
CN114297874A (zh) * 2022-01-04 2022-04-08 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 柔性低频输电用换频阀子模块电容容值确定方法及***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956925A (zh) * 2014-04-28 2014-07-30 浙江大学 一种混杂式mmc电容电压的均衡控制方法
CN104167912A (zh) * 2014-08-14 2014-11-26 华中科技大学 一种具备零直流电压故障穿越能力的mmc及其设计方法
CN105006987A (zh) * 2015-07-29 2015-10-28 浙江大学 一种mmc子模块电容值的选取方法
CN105245087A (zh) * 2015-10-26 2016-01-13 南方电网科学研究院有限责任公司 基于分类的模块化多电平换流器电容均压控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956925A (zh) * 2014-04-28 2014-07-30 浙江大学 一种混杂式mmc电容电压的均衡控制方法
CN104167912A (zh) * 2014-08-14 2014-11-26 华中科技大学 一种具备零直流电压故障穿越能力的mmc及其设计方法
CN105006987A (zh) * 2015-07-29 2015-10-28 浙江大学 一种mmc子模块电容值的选取方法
CN105245087A (zh) * 2015-10-26 2016-01-13 南方电网科学研究院有限责任公司 基于分类的模块化多电平换流器电容均压控制方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108387768A (zh) * 2018-02-08 2018-08-10 东南大学 一种基于主从结构的混合型mmc模块电容电压测量方法
CN108594001A (zh) * 2018-02-08 2018-09-28 东南大学 一种基于采样时刻分类的mmc多模块电容电压测量方法
CN108594001B (zh) * 2018-02-08 2020-05-19 东南大学 一种基于采样时刻分类的mmc多模块电容电压测量方法
CN108387768B (zh) * 2018-02-08 2020-05-29 东南大学 一种基于主从结构的混合型mmc模块电容电压测量方法
CN113437888A (zh) * 2021-07-14 2021-09-24 东北林业大学 一种基于电平调整的混合型模块化多电平换流器容错控制方法
CN114297874A (zh) * 2022-01-04 2022-04-08 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 柔性低频输电用换频阀子模块电容容值确定方法及***
CN114297874B (zh) * 2022-01-04 2023-03-10 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 柔性低频输电用换频阀子模块电容容值确定方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
CN107342697B (zh) 2019-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102832841B (zh) 一种带辅助二极管模块化多电平变换器
CN107342697B (zh) 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法
CN107196539B (zh) 一种桥臂参数不对称状态下的mmc零直流电压故障穿越控制方法
CN103095167B (zh) 一种三相模块化多电平换流器能量平衡控制方法
CN109245123B (zh) 一种级联型储能***多机并联虚拟同步控制***及方法
CN107134930B (zh) 基于mmc的电力电子配电变压器及其控制方法
CN110350564A (zh) 高压直挂式储能装置及功率控制方法
CN106786599B (zh) 交直流混合微电网双向dc-ac互联装置智能控制方法
CN107834585A (zh) 一种并联储能pcs的功率分配方法
CN104868762B (zh) 一种分散储能的电力电子变压器及其控制方法
CN108174622A (zh) 模块化多电平变换器谐波注入***和方法
CN107147317B (zh) 一种基于rc虚拟阻抗的逆变器并联控制方法
CN104201910A (zh) 适用于vsc-hvdc的三相模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡控制方法
CN109802384B (zh) 一种星形链式statcom的非平衡模型预测控制方法
CN101599656A (zh) 一种动力蓄电池组测试***用充放电机
Jayasinghe et al. A new method of interfacing battery/supercapacitor energy storage systems for distributed energy sources
CN108063443A (zh) 一种交直流双向功率变换控制方法
CN109217379A (zh) 一种具有自均衡能力的级联型储能***黑启动方法及应用
CN107294110A (zh) 一种连续无功功率补偿电路及控制方法
CN102684204B (zh) 一种级联式statcom直流侧电容电压平衡控制方法
CN107123998A (zh) 一种基于mmc的规模化电动汽车充放电电路拓扑及控制策略
CN109995047B (zh) 一种三角形链式statcom的非平衡模型预测控制方法
CN108364549A (zh) 一种用于科研及教学的电力变换综合***
CN104393777B (zh) 半桥模块化多电平变换器子模块电压控制方法
CN207473914U (zh) 一种用于科研及教学的电力变换综合***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant