一種適用于大容量模塊化多電平換流器及協(xié)調(diào)控制方法技術

本發(fā)明專利技術提供一種適用于大容量模塊化多電平換流器，當所述大容量模塊化多電平換流器同相上、下橋臂的子模塊電壓出現(xiàn)不均衡時，所述閥基控制單元通過協(xié)調(diào)控制算法，計算出平均電壓較高的橋臂子模塊投入數(shù)量和增加平均電壓較低的橋臂子模塊投入數(shù)量，并通過光纖將控制信息傳遞至子模塊控制器，由子模塊控制器調(diào)整各子模塊的運行狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整同相上下橋臂投入的子模塊個數(shù)，達到精準調(diào)整交流輸出電壓的目的，提高換流器中子模塊電壓的平衡度及換流器輸出電壓的準確度。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種適用于大容量模塊化多電平換流器及協(xié)調(diào)控制方法
本專利技術屬于電力電子
，特別涉及一種大容量模塊化多電平換流器及其協(xié)調(diào)控制方法。
技術介紹
隨著電力電子技術的進步，在高壓大容量直流輸電等應用場合，模塊化多電平換流器得到廣泛的應用。大容量模塊化多電平換流器由相同的子模塊串聯(lián)級聯(lián)組成，每相相單元分為上下兩個橋臂，由于同相相單元中的子模塊的空間位置不同，閥基控制單元的不同以及系統(tǒng)和控制算法的影響，會導致子模塊上的電壓不均衡。附圖1是模塊化多電平換流器的基本單元子模塊，是由儲能直流電容C、全控型功率開關S1及其反并聯(lián)二極管D1、功率開關S2及其反并聯(lián)二極管D2組成，其中D1、D2可以是S1、S2功率開關器件的內(nèi)部寄生二極管或外部獨立的二極管，S1、S2可以是多種全控型功率開關器件，如IGBT、IGCT、IEGT等，或多個全控型功率開關器件的串并聯(lián)。子模塊的輸出電壓VSM有兩種電平：當S1導通或D1續(xù)流時，VSM＝VC；當S2導通或D2續(xù)流時，VSM＝0。以上所述的子模塊投入是指前一種工作模式，即VSM＝VC。如附圖2所示。附圖3是由2N個子模塊組成的一個相單元，相單元的上下橋臂分別由N個子模塊串聯(lián)級聯(lián)組成，中點連接交流側(cè)，輸出交流電壓。交流側(cè)電壓Vac的值由相單元中上下橋臂子模塊投入的數(shù)量決定：上式中，Uac為交流側(cè)輸出電壓值，Ud是相單元直流側(cè)電壓值，N是組成相單元上橋臂或下橋臂的子模塊數(shù)量，N1是交流側(cè)輸出Uac時上橋臂投入的子模塊數(shù)量，N2是交流側(cè)輸出Uac時下橋臂投入的子模塊數(shù)量。實際應用中會出現(xiàn)上橋臂投入模塊的平均電壓值和下橋臂投入模塊的平均電壓值不相等，上式中，是上橋臂投入的N1個子模塊的平均電壓值，是下橋臂投入的N2個子模塊的平均電壓值。這種平均電壓的不平衡會導致交流側(cè)輸出電壓Uac的精準度下降。因此，若按照傳統(tǒng)的控制算法，設定同相相單元上下橋臂子模塊的投入數(shù)量，就會影響輸出電壓的準確度。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的，在于提出一種適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，其可以在同相相單元上下橋臂子模塊電壓不均衡時，動態(tài)調(diào)整上下橋臂投入的子模塊數(shù)量，以保證輸出電壓的準確度。為了達成上述目的，本專利技術的解決方案是：一種適用于大容量模塊化多電平換流器，其特征在于，包括由換流器子模塊級聯(lián)組成的三相單元和閥基控制單元，所述閥基控制單元通過光纖與換流器子模塊進行通訊，由子模塊控制器控制子模塊的運行狀態(tài)，從而控制換流器三相單元；其中，所述三相單元包括由所述換流器子模塊級聯(lián)組成的上、下橋臂；當所述大容量模塊化多電平換流器同相上、下橋臂的子模塊電壓出現(xiàn)不均衡時，所述閥基控制單元通過協(xié)調(diào)控制算法，計算出平均電壓較高的橋臂子模塊投入數(shù)量和增加平均電壓較低的橋臂子模塊投入數(shù)量，并通過光纖將控制信息傳遞至子模塊控制器，由子模塊控制器調(diào)整各子模塊的運行狀態(tài)，達到動態(tài)調(diào)整各相橋臂的子模塊投入數(shù)量，平衡子模塊電壓的目的。進一步地，所述閥基控制單元中還包括協(xié)調(diào)控制器，所述協(xié)調(diào)控制器，用于計算所述子模塊投入數(shù)量。進一步地，所述協(xié)調(diào)控制器的計算依據(jù)為：其中M(S)是上橋臂在協(xié)調(diào)控制中多投入的子模塊數(shù)量，或下橋臂在協(xié)調(diào)控制中少投入的子模塊數(shù)量；分別是上、下橋臂投入的子模塊的平均電壓值；H(S)是反饋環(huán)調(diào)整參數(shù)函數(shù)；KP是常數(shù)；τ是PI調(diào)節(jié)時間常數(shù)；n是協(xié)調(diào)控制中上橋臂動態(tài)投入的子模塊數(shù)量的最大值，超過最大值的M，取最大值n。另外本專利技術還提供一種適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括步驟：判斷大容量模塊化多電平換流器同相上、下橋臂的子模塊電壓是否出現(xiàn)不均衡；當出現(xiàn)不均衡時，閥基控制單元通過協(xié)調(diào)控制算法，計算出平均電壓較高的橋臂子模塊投入數(shù)量和增加平均電壓較低的橋臂子模塊投入數(shù)量，并通過光纖將控制信息傳遞至子模塊控制器，由子模塊控制器調(diào)整各子模塊的運行狀態(tài)，達到動態(tài)調(diào)整各相橋臂的子模塊投入數(shù)量，平衡子模塊電壓的目的。進一步地，所述計算的依據(jù)為：其中M(S)是上橋臂在協(xié)調(diào)控制中多投入的子模塊數(shù)量，或下橋臂在協(xié)調(diào)控制中少投入的子模塊數(shù)量；分別是上、下橋臂投入的子模塊的平均電壓值；H(S)是反饋環(huán)調(diào)整參數(shù)函數(shù)；KP是常數(shù)；τ是PI調(diào)節(jié)時間常數(shù)；n是協(xié)調(diào)控制中上橋臂動態(tài)投入的子模塊數(shù)量的最大值，超過最大值的M，取最大值n。通過本專利技術所述一種適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，動態(tài)調(diào)整同相上下橋臂投入的子模塊個數(shù)，達到精準調(diào)整交流輸出電壓的目的，提高換流器中子模塊電壓的平衡度及換流器輸出電壓的準確度。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術中構成模塊化多電平換流器的基本單元：子模塊；圖2是現(xiàn)有技術中子模塊的各種工作模式；圖3是現(xiàn)有技術中由子模塊組成的一個相單元；圖4是本專利技術實施例的協(xié)調(diào)控制方法的PI控制器傳遞函數(shù)框圖。具體實施方式本專利技術提供的適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，大容量模塊化多電平換流器包括換流器子模塊、由子模塊串聯(lián)級聯(lián)組成的三相單元，及每相單元的上、下橋臂，和相應的閥基控制單元。當大容量模塊化多電平換流器同相上、下橋臂的子模塊電壓出現(xiàn)不均衡時，閥基控制單元根據(jù)協(xié)調(diào)控制方法動態(tài)調(diào)整同相上下橋臂投入的子模塊數(shù)量：動態(tài)減小平均電壓較高的橋臂子模塊投入數(shù)量和動態(tài)增加平均電壓較低的橋臂子模塊投入數(shù)量。以上所述的一種適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，包括同相橋臂子模塊及其工作原理。以上所述的一種適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，包括一種動態(tài)控制同相上下橋臂投入子模塊數(shù)量的控制器。以上所述的一種適用于大容量模塊化多電平換流器的協(xié)調(diào)控制方法，包括閥基控制單元，完成對同相上、下橋臂的子模塊投入數(shù)量進行動態(tài)調(diào)整。以下將結(jié)合附圖及具體實施例，對本專利技術的技術方案進行詳細說明。本專利技術提出一種動態(tài)調(diào)整上、下橋臂投入子模塊數(shù)量的協(xié)調(diào)控制方法，設計并利用PI反饋環(huán)路，使子模塊平均電壓高的橋臂少投入M個子模塊，使子模塊平均電壓低的橋臂多投入M個子模塊。附圖4給出了協(xié)調(diào)控制方法在時域的傳遞函數(shù)框圖，相單元中上下橋臂動態(tài)調(diào)整的子單元個數(shù)M可用以下公式表示：上面公式是在拉普拉氏時域進行的函數(shù)描述，其中M(S)是上橋臂在協(xié)調(diào)控制中多投入的子模塊數(shù)量，或下橋臂在協(xié)調(diào)控制中少投入的子模塊數(shù)量；分別是上、下橋臂投入的子模塊的平均電壓值；H(S)是反饋環(huán)調(diào)整參數(shù)函數(shù)；KP是常數(shù)；τ是PI調(diào)節(jié)時間常數(shù)；n是協(xié)調(diào)控制中上橋臂動態(tài)投入的子模塊數(shù)量的最大值，超過最大值的M，取最大值n。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種適用于大容量模塊化多電平換流器，其特征在于，包括由換流器子模塊級聯(lián)組成的三相單元和閥基控制單元，所述閥基控制單元通過光纖與換流器子模塊進行通訊，由子模塊控制器控制子模塊的運行狀態(tài)，從而控制換流器三相單元；其中，所述三相單元包括由所述換流器子模塊級聯(lián)組成的上、下橋臂；當所述大容量模塊化多電平換流器同相上、下橋臂的子模塊電壓出現(xiàn)不均衡時，所述閥基控制單元通過協(xié)調(diào)控制算法，計算出平均電壓較高的橋臂子模塊投入數(shù)量和增加平均電壓較低的橋臂子模塊投入數(shù)量，并通過光纖將控制信息傳遞至子模塊控制器，由子模塊控制器調(diào)整各子模塊的運行狀態(tài)，達到動態(tài)調(diào)整各相橋臂的子模塊投入數(shù)量，平衡子模塊電壓的目的。

【技術特征摘要】
1.一種適用于大容量模塊化多電平換流器，其特征在于，包括由換流器子模塊級聯(lián)組成的三相單元和閥基控制單元，所述閥基控制單元通過光纖與換流器子模塊進行通訊，由子模塊控制器控制子模塊的運行狀態(tài)，從而控制換流器三相單元；其中，所述三相單元包括由所述換流器子模塊級聯(lián)組成的上、下橋臂；當所述大容量模塊化多電平換流器同相上、下橋臂的子模塊電壓出現(xiàn)不均衡時，所述閥基控制單元通過協(xié)調(diào)控制算法，動態(tài)減小平均電壓較高的橋臂子模塊投入數(shù)量和動態(tài)增加平均電壓較低的橋臂子模塊投入數(shù)量，并通過光纖將控制信息傳遞至子模塊控制器，由子模塊控制器調(diào)整各子模塊的運行狀態(tài)，達到動態(tài)調(diào)整各相橋臂的子模塊投入數(shù)量，平衡子模塊電壓的目的；所述協(xié)調(diào)控制器的計算依據(jù)為：其中M(S)是上橋臂在協(xié)調(diào)控制中多投入的子模塊數(shù)量，或下橋臂在協(xié)調(diào)控制中少投入的子模塊數(shù)量；分別是上、下橋臂投入的子模塊的平均電壓值；H(S)是反饋環(huán)調(diào)整參數(shù)函數(shù)；KP是常數(shù)；τ是PI調(diào)節(jié)時間常數(shù)；n是協(xié)調(diào)控制中上橋臂動態(tài)投入的子模塊數(shù)量的最大值，超過最大值的...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張茂強，馮亞東，汪濤，李樂樂，陳永奎，陳勇，
申請(專利權)人：南京南瑞繼保電氣有限公司，南京南瑞繼保工程技術有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32