一種模塊化多電平換流器電容電壓分組平衡優(yōu)化算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于質(zhì)因子分解法的模塊化多電平換 流器電容電壓平衡優(yōu)化算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，高電壓大功率的全控型電力電子器件如IGBTs和IGCTs在遠(yuǎn)距離輸電 系統(tǒng)和低壓配電網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛使用，特別是應(yīng)用于基于電壓源換流器的高壓直流輸電 (VSC-HVDC)技術(shù)。與傳統(tǒng)的兩電平和H電平VSC-HVDC相比，由西口子公司提出的模塊化多 電平換流器（MMC)(子模塊為半橋結(jié)構(gòu))拓?fù)渚哂袩o需大量IGBT直接串聯(lián)，器件承受電壓電 流變化率低，無需濾波器等優(yōu)點。同時，在同等電壓等級下，它需要兩倍的開關(guān)器件，且由于 需要對其分散布置的子模塊電容進(jìn)行電壓平衡控制，使其控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。
[0003] 世界上第一個商業(yè)化運行的MMC-HVDC工程是美國的傳斯貝爾（TBC)工程，其額定 容量為400MW，直流電壓±200kV，每個換流器橋臂中有216個子模塊。此外，將于今年建成 的法國到西班牙的MMC-HVDC工程I肥L陽，額定容量為2X1000麗。在實際工程中，為降低 交流電壓諧波含量，及增加直流輸電工程傳輸功率，需大量增加橋臂子模塊數(shù)。但當(dāng)橋臂子 模塊數(shù)量過多，控制系統(tǒng)采用排序法平衡橋臂各子模塊電容電壓的運算量將十分鹿大，控 制系統(tǒng)的運算速度將變得非常緩慢，甚至出現(xiàn)計算崩潰的現(xiàn)象。
[0004] 為解決該一問題，有文獻(xiàn)提出的一種子模塊電容電壓平衡優(yōu)化算法，通過設(shè)定子 模塊電容電壓波動范圍，只對電容電壓超出范圍的子模塊進(jìn)行處理，在保持橋臂子模塊電 容電壓平衡的同時，盡可能減少子模塊開斷狀態(tài)的變化。減少子模塊開斷狀態(tài)的變化在一 定程度上減少了控制系統(tǒng)的運算量，然而當(dāng)橋臂子模塊數(shù)量過多，鹿大的運算量也將使控 制系統(tǒng)難W承受。
[0005] 本發(fā)明提出了一種模塊化多電平換流器電容電壓分組平衡優(yōu)化算法，可W保證電 平數(shù)極高的換流器在維持橋臂電容電壓平衡的同時，顯著降低電容電壓平衡算法排序次 數(shù)，減少控制系統(tǒng)運算量，提高控制系統(tǒng)計算速度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明針對電平數(shù)很高的模塊化多電平換流器，采用排序法進(jìn)行橋臂子模塊電容 電壓平衡時排序次數(shù)過多，控制系統(tǒng)運算量過大的問題，提出了一種模塊化多電平換流器 電容電壓分組平衡優(yōu)化算法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 步驟1 ;對橋臂子模塊數(shù)進(jìn)行質(zhì)因子分解，按質(zhì)因子從大到小的順序?qū)ψ幽K進(jìn)行多 層分組； 步驟2 ;根據(jù)橋臂電流方向與子模塊電容電壓值，按多層分組的分組順序，將導(dǎo)通子模 塊數(shù)進(jìn)行逐層分配，直至最后一層； 步驟3 ;最后一層所分各組，根據(jù)分配所得導(dǎo)通子模塊數(shù)與橋臂電流方向，對子模塊電 容電壓進(jìn)行排序，確定該導(dǎo)通的子模塊。
【附圖說明】
[0007] 圖1為所述的模塊化多電平換流器(MMC)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 圖2為所述的橋臂子模炔基于質(zhì)因子分解法逐層分組的說明圖； 圖3為所述的橋臂子模塊第一層分組的說明圖； 圖4為所述的橋臂子模塊第二層分組的說明圖； 圖5為所述的第n層分組后某一組子模塊結(jié)構(gòu)說明圖。
[000引圖中各標(biāo)號；SMi-第一子模塊；SM,-第二子模塊；51廠第#個子模塊山-橋臂電抗 器;正負(fù)極直流母線間電壓差;橋臂子模塊數(shù)；#1-第一層分組所分組數(shù)；#2-第 二層分組所分組數(shù);斬-第n層分組所分組數(shù);#1第一層分組后各組子模塊數(shù);#1-第二層分 組后各組子模塊數(shù);第n-1層分組后各組子模塊數(shù);％-第n層分組后各組子模塊數(shù)； SMii-第一層分組后第一個子模塊；SM21-第一層分組后第二個子模塊；SMm-第一層分組后 第個子模塊方11-第一層分組后第一組子模塊電容電壓之和，必12-第一層分組后第二組子 模塊電容電壓之和第一層分組后第必 1組子模塊電容電壓之和；4?-橋臂電流方21-第 二層分組后第一組子模塊電容電壓之和斯2-第二層分組后第二組子模塊電容電壓之和； 必21-第二層分組后第％組子模塊電容電壓之和；SMi。-第n層分組后某一組內(nèi)第一個子模 塊；SM2。-第n層分組后某一組內(nèi)第二個子模塊；SMw。-第n層分組后某一組內(nèi)第#。個子模 塊;&1-第n層分組后某一組內(nèi)第一個子模塊電容電壓；第n層分組后某一組內(nèi)第一個 子模塊電容電壓；A。-第n層分組后某一組內(nèi)第％個子模塊電容電壓。
【具體實施方式】
[0009] 下面結(jié)合說明書附圖，對基于質(zhì)因子分解法的多電平換流器電容電壓平衡算法進(jìn) 行詳細(xì)說明。
[0010] 圖1為MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，若采用傳統(tǒng)排序法對橋臂#個子模塊電容進(jìn)行均壓，當(dāng)# 數(shù)值很大時，排序運算量將十分鹿大，控制系統(tǒng)計算速度將變得非常緩慢，甚至出現(xiàn)計算崩 潰。本發(fā)明在原有電容電壓平衡方法基礎(chǔ)上，根據(jù)整數(shù)質(zhì)因子分解法思想對橋臂子模塊電 容電壓平衡方法進(jìn)行優(yōu)化，具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟1 ;對橋臂子模塊數(shù)進(jìn)行質(zhì)因子分解，按質(zhì)因子從大到小的順序?qū)ψ幽K進(jìn)行多 層分組。
[0011] 橋臂子模炔基于質(zhì)因子分解法逐層分組的說明圖，如圖2所示。將圖1中某個橋 臂的子模塊數(shù)#進(jìn)行質(zhì)因子分解，并按質(zhì)因子從大到小的順序排列可分解為： …《.為《...《Af:<M<A.々 (1) 對第（i-i)層某一組進(jìn)行再分組，分組后組數(shù)與組內(nèi)子模塊數(shù)的關(guān)系可表示為： (2) 根據(jù)（1)式子模塊數(shù)#的質(zhì)因子分解形式，按質(zhì)因子從大到小的順序?qū)虮圩幽K數(shù) 進(jìn)行多層分組，分組后各層各組內(nèi)子模塊數(shù)滿足式（2)數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0012] 步驟2 ;根據(jù)橋臂電流方向與子模塊電容電壓值，按多層分組的分組順序，將導(dǎo)通 子模塊數(shù)進(jìn)行逐層分配，直至最后一層。
[0013] 對#個子模塊進(jìn)行第一層分組，如圖3所示。計算的組各組子模塊電容電壓之和， 對的個子模塊電容電壓之和進(jìn)行排序。若此時橋臂電流為電容充電方向，將由調(diào)制策略確 定的導(dǎo)通子模塊數(shù)除所得余數(shù)，按的個子模塊電容電壓之和從小到大的排列順序，依 次給各組分配1個導(dǎo)通子模塊數(shù)；若電流為電容放電方向，則按從大到小的排列順序，依次 給各組分配1個導(dǎo)通子模塊數(shù)。將導(dǎo)通子模塊數(shù)除去余取整，作為各組的導(dǎo)通子模塊 基數(shù)，再加上按各組子模塊電容電壓之和排序情況，分配的導(dǎo)通子模塊數(shù)除所得余數(shù)， 即完成第一層分組各組導(dǎo)通子模塊數(shù)的分配。
[0014] 對第一層某一組內(nèi)#1個子模塊進(jìn)行第二層分組，如圖4所示。與第一層分組分配 余數(shù)的原則一致，將第一層分組分配的導(dǎo)通子模塊數(shù)除所得余數(shù)，根據(jù)橋臂電流方向 及各組電容電壓之和分配給各組，再加上導(dǎo)通子模塊數(shù)除W%去余取整所得導(dǎo)通子模炔基 數(shù)，即完成第二層分組各組導(dǎo)通子模塊數(shù)的分配，其余各層分組時導(dǎo)通子模塊數(shù)的分配原 則與此一致。
[0015] 步驟3 ;最后一層所分各組，根據(jù)分配所得導(dǎo)通子模塊數(shù)與橋臂電流方向，對子模 塊電容電壓進(jìn)行排序，確定該導(dǎo)通的子模塊。
[0016] 根據(jù)第n層分組各組分配的導(dǎo)通子模塊數(shù)，及橋臂電流方向，按照#。個子模塊電 容電壓的排序結(jié)果，確定該導(dǎo)通的子模塊。若電流為電容充電方向，根據(jù)分配所得導(dǎo)通子模 塊數(shù)，按％個子模塊電容電壓從小到大的排列順序，確定該導(dǎo)通的子模塊；若電流為電容放 電方向，則按％個子模塊電容電壓從大到小的排列順序，確定該導(dǎo)通的子模塊，實現(xiàn)橋臂子 模塊電容電壓的平衡。
【主權(quán)項】
1. 一種模塊化多電平換流器電容電壓分組平衡優(yōu)化算法，其特征是：對于子模塊數(shù)量 眾多的模塊化多電平換流器，在保證換流器正常運行的前提下，基于質(zhì)因子分解法對橋臂 子模塊進(jìn)行多層分組，實現(xiàn)子模塊分組均壓，在橋臂子模塊電容電壓維持平衡的同時，顯著 減少控制系統(tǒng)的運算量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化多電平換流器電容電壓分組平衡優(yōu)化算法，其特 征是通過基于質(zhì)因子分解法對橋臂子模塊進(jìn)行多層分組并分組均壓以顯著減少控制系統(tǒng) 運算量的方法，基于質(zhì)因子分解法按質(zhì)因子從大到小的順序?qū)虮圩幽K進(jìn)行多層分組， 根據(jù)橋臂電流方向及子模塊電容電壓，將導(dǎo)通子模塊數(shù)逐層分配給各組，最后一層各組根 據(jù)橋臂電流方向與組內(nèi)各子模塊電容電壓排序情況，按分配的導(dǎo)通子模塊數(shù)確定該導(dǎo)通的 子模塊，從而達(dá)到提高子模塊電容電壓排序速度，減少控制系統(tǒng)運算的目的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化多電平換流器電容電壓分組平衡優(yōu)化算法，其特 征是基于質(zhì)因子分解法的模塊化多電平換流器電容電壓平衡算法，首先，對橋臂子模塊數(shù) 進(jìn)行質(zhì)因子分解，按質(zhì)因子從大到小的順序?qū)ψ幽K進(jìn)行多層分組；其次，根據(jù)橋臂電流方 向與子模塊電容電壓值，按多層分組的分組順序，將導(dǎo)通子模塊數(shù)進(jìn)行逐層分配，直至最后 一層；最后，最后一層所分各組，根據(jù)分配所得導(dǎo)通子模塊數(shù)與橋臂電流方向，對子模塊電 容電壓進(jìn)行排序，確定該導(dǎo)通的子模塊，即為基于質(zhì)因子分解法的模塊化多電平換流器電 容電壓平衡算法。
【專利摘要】一種模塊化多電平換流器電容電壓分組平衡優(yōu)化算法，屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域。其技術(shù)方案是：首先，對橋臂子模塊數(shù)進(jìn)行質(zhì)因子分解，按質(zhì)因子從大到小的順序?qū)ψ幽K進(jìn)行多層分組；其次，根據(jù)橋臂電流方向與子模塊電容電壓值，按多層分組的分組順序，將導(dǎo)通子模塊數(shù)進(jìn)行逐層分配，直至最后一層；最后，最后一層所分各組，根據(jù)分配所得導(dǎo)通子模塊數(shù)與橋臂電流方向，對子模塊電容電壓進(jìn)行排序，確定該導(dǎo)通的子模塊。該平衡算法用于在保證換流器正常運行的前提下，基于質(zhì)因子分解法對橋臂子模塊進(jìn)行多層分組，實現(xiàn)子模塊分組均壓，在橋臂子模塊電容電壓維持平衡的同時，顯著減少控制系統(tǒng)的運算量。
【IPC分類】H02M7-00
【公開號】CN104836457
【申請?zhí)枴緾N201410047240
【發(fā)明人】彭茂蘭, 趙成勇, 郭春義
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2014年2月11日