CN110768555B - 一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略，阀控***接收到桥臂电压调制波之后，根据功率模块电容电压的大小，计算出本周期所需投入的功率模块个数，并与0、桥臂功率模块总个数NSM、上一周期所投入的功率模块个数Non_old相比较，同时参考桥臂电流是充电还是放电，并结合投入频数，来最终决定投入的功率模块。本发明在实现功率模块电容电压平衡控制时，综合考虑功率模块投入频数与电容电压大小这两个重要参数指标，在满足直流电压需求的同时，让功率模块获得均等的使用寿命，降低设备检修周期。

Description

一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略。
背景技术
相比于常规直流输电技术，因具备不需无功补偿、没有换相失败问题、有功和功调节便捷、谐波水平低以及适合构成多端直流***等诸多优点，柔性直流输电相关技术获得了迅速发展，其中以基于MMC(模块化多电平换流器)拓扑结构的柔性直流输电***最具代表性和技术优势。
如图1所示，MMC由六个桥臂构成，其中每个桥臂由N个级联的功率模块(又称子模块)和一个串联电抗器构成，典型的功率模块按结构不同分为全桥功率模块和半桥功率模块。全桥功率模块包括4个开关模块T1-T4和电容，半桥功率模块包括2个开关模块T1-T2和电容，开关模块则由一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和一个二极管反并联组成。
图2为现有功率模块电容电压平衡策略逻辑图，图中各变量含义为：Non-本周期需要投入的功率模块个数；NSM-单个桥臂中功率模块总个数；Non_old-上一周期投入的功率模块个数；Ndiff-本周期与上一周期投入的功率模块个数之差；iarm-桥臂电流，大于零则对功率模块充电，否则，放电；△Umax-功率模块电压差值；△Umax_ref-功率模块电压差值参考值。
具体平衡策略为：
阀控***接收到组控***送来的调制波后，根据最近电平逼近法计算出需要投入的功率模块个数Non，若为0，则切除所有功率模块；若等于NSM则投入所有的功率模块；否则，与上个周期的投入个数Non_old相减得到差值Ndiff。
Ndiff大于0时，若桥臂电流iarm＞0，则在已切除的功率模块中，选择Ndiff个电容电压最小的功率模块投入，否则，投入Ndiff个电容电压最高的功率模块。
Ndiff等于0时，若功率模块电压差值△Umax大于参考值△Umax_ref，则在已开通和关断子模块中选择电容电压最高最低模块进行倒换，否则，保持不变。
Ndiff小于0时，若桥臂电流iarm＞0，则在已投入的Non_old个模块中切除|Ndiff|个电容电压最高的功率模块，否则，切除|Ndiff|个电容电压最低的功率模块。
可以看出，现有的基于模块化多电平电压源换流器的柔性直流输电***，当桥臂电流使功率模块充电时，其功率模块电容电压平衡策略投入电容电压最小的功率模块或者切除电容电压最高的功率模块；当桥臂电流使功率模块放电时，电容电压平衡策略投入电容电压最高的功率模块或者切除电容电压最小的功率模块，该方法仅将电容电压的大小作为唯一的判断标准，却忽略了电子器件均有一定的开关寿命这一重要特征，如果频繁投切相同的功率模块，会导致其使用寿命降低，从而缩短设备检修周期。
发明内容
针对现有功率模块电容电压平衡策略仅考虑电容电压的大小而忽略了电子器件均有一定的开关寿命这一重要缺陷，本发明提供一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略，引进了功率模块投入频数，从两个维度考虑电容电压均衡问题，在满足直流电压需求的同时，让功率模块获得均等的使用寿命，降低设备检修周期。。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略，包括：
阀控***接收到桥臂电压调制波之后，根据最近电平逼近法计算出需要投入的功率模块个数Non；
若Non＝0，则切除所有功率模块；若Non等于单个桥臂中功率模块总个数NSM，则投入所有的功率模块，并对新投入的功率模块频数加1；
若0＜Non＜NSM，则与上一周期投入的功率模块个数Non_old相减，得到差值Ndiff；
当Ndiff＞0时，若桥臂电流iarm＞0，则从处于切除状态的功率模块中，投入Ndiff个电容电压与其投入频数乘积最小的功率模块，并将其投入频数加1；否则，投入Ndiff个电容电压最高的功率模块，并将其投入频数加1；
当Ndiff＝0时，若功率模块电压差值△Umax大于参考值△Umax_ref，则在已开通和关断的功率模块中选择电容电压最高最低模块进行倒换，并将新投入的功率模块的投入频数加1；否则，保持不变；
当Ndiff＜0时，若桥臂电流iarm＞0，则从处于投入状态的功率模块中，切除|Ndiff|个电容电压与其投入频数乘积最大的功率模块；否则，切除|Ndiff|个电容电压最低的功率模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
在实现功率模块电容电压平衡控制时，综合考虑功率模块投入频数与电容电压大小这两个重要参数指标，在满足直流电压需求的同时，让功率模块获得均等的使用寿命，降低设备检修周期。
附图说明
图1是MMC模块化多电平换流器拓扑图；
图2是现行的电容电压平衡控制策略逻辑图；
图3是本发明的考虑投入频数的电容电压平衡控制策略逻辑图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参照图3所示，本发明的考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略，主要包括：
阀控***接收到桥臂电压调制波之后，根据最近电平逼近法计算出需要投入的功率模块个数Non；
若Non＝0，则切除所有功率模块；若Non等于单个桥臂中功率模块总个数NSM，则投入所有的功率模块，并对新投入的功率模块频数加1；
若0＜Non＜NSM，则与上一周期投入的功率模块个数Non_old相减，得到差值Ndiff；
当Ndiff＞0时，若桥臂电流iarm＞0，则从处于切除状态的功率模块中，投入Ndiff个电容电压与其投入频数乘积最小的功率模块，并将其投入频数加1；否则，投入Ndiff个电容电压最高的功率模块，并将其投入频数加1；
当Ndiff＝0时，若功率模块电压差值△Umax大于参考值△Umax_ref，则在已开通和关断的功率模块中选择电容电压最高最低模块进行倒换，并将新投入的功率模块的投入频数加1；否则，保持不变；
当Ndiff＜0时，若桥臂电流iarm＞0，则从处于投入状态的功率模块中，切除|Ndiff|个电容电压与其投入频数乘积最大的功率模块；否则，切除|Ndiff|个电容电压最低的功率模块。
从上可以看出，本发明的阀控***接收到桥臂电压调制波之后，根据功率模块电容电压的大小，计算出本周期所需投入的功率模块个数，并与0、桥臂功率模块总个数NSM、上一周期所投入的功率模块个数Non_old相比较，同时参考桥臂电流是充电还是放电，并结合投入频数，来最终决定投入的功率模块。本发明的创造性主要体现在：
1、在实现功率模块电容电压平衡控制时，综合考虑功率模块投入频数与电容电压大小这两个重要参数指标，在满足直流电压需求的同时，让功率模块获得均等的使用寿命，降低设备检修周期。
2、下列情况，直接投入功率模块并对其频数加1：
(1)需投入的功率模块个数与桥臂功率模块总个数相等；
(2)本周期需投入的功率模块个数大于上一个周期且桥臂电流对功率模块放电；
(3)本周期需投入的功率模块个数等于上一个周期，且功率模块电压差值大于差值参考值，需对开通和关断子模块中选择电容电压最高最低模块倒换；
3、下列情况，需考虑电容电压与投入频数的乘积，并对新投入的功率模块频数加1：
(1)本周期需投入的功率模块个数大于上一个周期且桥臂电流对功率模块充电；
(2)本周期需投入的功率模块个数小于上一个周期且桥臂电流对功率模块充电。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种考虑投入频数的功率模块电容电压平衡策略，其特征在于：包括：
阀控***接收到桥臂电压调制波之后，根据最近电平逼近法计算出需要投入的功率模块个数Non；
若Non＝0，则切除所有功率模块；若Non等于单个桥臂中功率模块总个数NSM，则投入所有的功率模块，并对新投入的功率模块频数加1；
若0＜Non＜NSM，则与上一周期投入的功率模块个数Non_old相减，得到差值Ndiff；
当Ndiff＞0时，若桥臂电流iarm＞0，则从处于切除状态的功率模块中，投入Ndiff个电容电压与其投入频数乘积最小的功率模块，并将其投入频数加1；否则，投入Ndiff个电容电压最高的功率模块，并将其投入频数加1；
当Ndiff＝0时，若功率模块电压差值△Umax大于参考值△Umax_ref，则在已开通和关断的功率模块中选择电容电压最高最低模块进行倒换，并将新投入的功率模块的投入频数加1；否则，保持不变；
当Ndiff＜0时，若桥臂电流iarm＞0，则从处于投入状态的功率模块中，切除|Ndiff|个电容电压与其投入频数乘积最大的功率模块；否则，切除|Ndiff|个电容电压最低的功率模块。
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基于排序算法的MMC电容电压均衡策略对比研究;王坤等;《电力建设》;20171130;第38卷(第11期);第9-18页 *

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