基于雙隊列的模塊化多電平換流器子模塊調制方法

劉正富, 楊汾艷, 肖晃慶, 徐 政, 劉高任

(1. 廣東電網有限責任公司電力科學研究院, 廣東省廣州市 510080; 2. 浙江大學電氣工程學院, 浙江省杭州市 310027)

0 引言

2001年,德國慕尼黑聯邦國防軍大學的學者R.Marquardt提出了模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)拓撲,該類型的拓撲橋臂采用基本運行單元級聯的形式,避免大量開關器件直接串聯,不存在一致觸發等問題,已成為目前研究的熱點[1-3]。但由于MMC拓撲將能量分散存儲在橋臂各個子模塊的電容中,因此如何在動態過程中進行合理調制,快速實現各個子模塊電容電壓的均衡控制,從而使能量在整個換流器中均勻分配,是MMC拓撲的實現難點之一[4-6]。

為了獲得較高的電壓等級,一般需在每個橋臂中串聯較多的子模塊[7],這對于信號的采集與處理系統提出了很大的挑戰。文獻[8]提出了一種子模塊電壓降損調制策略,該策略在考慮子模塊初始狀態的情況下,根據橋臂電流的方向及輸出電壓的變化選取需要投入或者切除的子模塊。該策略雖然可以大大降低子模塊的開關頻率,避免隨意投切,但每次均需要對處于投入或切除狀態的子模塊進行排序。文獻[9]提出了一種基于分組思想的均壓控制策略,該策略雖然提高了子模塊的電容電壓排序速度,但依然需要對所有子模塊進行電壓排序。此外,文獻[10-15]分別提出了基于保持因子、質因子分解等思路的均壓調制策略。以上策略的缺點在于均需要進行排序操作,當子模塊數量達到一定規模時,排序所需的時間在整個控制周期中所占比例將大大增加,這將產生控制延時,降低系統運行穩定性,增加系統失穩的潛在風險。……