本發(fā)明涉及柔性直流輸電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于直流輸電的模塊化多電平換流器的調(diào)制誤差補償方法。

背景技術(shù)：

電壓源型直流輸電系統(tǒng)，也被稱為柔性直流輸電系統(tǒng)，支持換流站有功/無功獨立控制、不需要龐大的交流濾波器、支持電網(wǎng)黑啟動、支持對海島/風(fēng)電場等弱網(wǎng)供電，是解決中國區(qū)域性新能源并網(wǎng)和消納問題行之有效的方法。目前模塊化多電平變流器是實現(xiàn)電壓源型直流輸電系統(tǒng)的主要方法之一，但是模塊化多電平換流器的控制保護技術(shù)復(fù)雜，尤其是其閥子模塊的脈沖調(diào)制技術(shù)。

目前模塊化多電平換流器主要有三種調(diào)制策略。第一種是載波層疊調(diào)制，由于其復(fù)雜的電容電壓排序算法及較高的開關(guān)頻率，通常不適用于閥子模塊數(shù)極多的柔性高壓直流輸電領(lǐng)域。第二種是載波移相調(diào)制，其主要優(yōu)點是開關(guān)頻率固定，但是當(dāng)電容電壓偏差較大時，平衡速度較慢；而且需要針對每個子模塊設(shè)計平衡控制器，導(dǎo)致平衡策略數(shù)據(jù)計算量較大且硬件難以實現(xiàn)。第三種是最近電平逼近調(diào)制，主要優(yōu)點是控制簡單，硬件易于實現(xiàn)，且隨著子模塊數(shù)增多，輸出諧波將逐漸減小，開關(guān)頻率進一步降低甚至基本固定，因此成為柔性高壓直流輸電場合的主要調(diào)制策略。

最近電平逼近調(diào)制通常采用子模塊數(shù)取整和電容電壓排序的方法來實現(xiàn)對調(diào)制電壓的跟蹤，并保證電容電壓相對平衡。但此調(diào)制中存在兩種固有的誤差:模塊數(shù)取整產(chǎn)生的誤差、各子模塊電容電壓與平均電容電壓之間的誤差。這兩種誤差會導(dǎo)致?lián)Q流器橋臂輸出電壓與指令電壓之間差別較大，最終引起輸出諧波、甚至輕微震蕩。另一方面，為了降低換流器損耗，希望盡可能的降低開關(guān)頻率，需要進一步放寬各子模塊電容電壓間的差別，這更加劇了指令電壓與實際輸出電壓之間的偏差。因此，為了減小模塊化多電平換流器的諧波和損耗，需要基于上述兩種誤差對現(xiàn)有的最近電平逼近調(diào)制進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于直流輸電的模塊化多電平換流器的調(diào)制誤差補償方法，是能夠不增大開關(guān)頻率、不影響調(diào)制電壓跟蹤和電容電壓平衡，又能減小模塊換流器諧波和損耗的最近電平逼近調(diào)制誤差補償方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于直流輸電的模塊化多電平換流器的調(diào)制誤差補償方法，所述的換流器采用模塊化多電平結(jié)構(gòu)，包括多個閥子模塊，每個子模塊中有電容器、開關(guān)管和二極管；所述的調(diào)制采用閥子模塊數(shù)取整和電容電壓排序的方法；在換流器的電流控制器產(chǎn)生各橋臂的調(diào)制電壓后，進而計算出各橋臂的指令投入閥子模塊數(shù)，在指令投入子模塊數(shù)上疊加以下兩種性質(zhì)的誤差，還可以在調(diào)制電壓上直接疊加第二種性質(zhì)的誤差：

a)指令閥子模塊數(shù)取整導(dǎo)致的誤差；

b)各子模塊電容電壓偏離平均電容電壓導(dǎo)致的誤差。

在指令投入子模塊數(shù)上疊加所述兩種性質(zhì)的誤差的方法為：

步驟一、根據(jù)當(dāng)前控制周期內(nèi)橋臂各子模塊電容電壓值，計算該橋臂平均電容電壓值：

步驟二、根據(jù)當(dāng)前該橋臂的調(diào)制電壓U_ref、電容額定電壓U_cap，計算當(dāng)前的指令投入子模塊數(shù)：

N_ref＝U_ref÷U_cap

步驟三、根據(jù)當(dāng)前指令投入子模塊數(shù)，疊加上個控制周期中計算的兩種誤差值Error1_z1和Error2_z1，計算當(dāng)前實際投入子模塊數(shù)：

N_on＝round_0.5(N_ref+Error1_z1+Error2_z1)，round_0.5為四舍五入算法；

若當(dāng)前為第一個控制周期，則Error1_z1和Error2_z1皆為零；

步驟四、根據(jù)當(dāng)前子模塊數(shù)取整前后的差值，計算當(dāng)前周期的第一種誤差值：

Error1＝(N_ref+Error1_z1+Error2_z1)-N_on

步驟五、根據(jù)當(dāng)前橋臂內(nèi)各子模塊的電容電壓U_c(i)和投切狀態(tài)Pulse(i)，計算該橋臂當(dāng)前實際輸出電壓：

U＝∑[U_c(i)×Pulse(i)]＝[U_c(1)·Pulse(1)+U_c(2)·Pulse(2)+…+U_c(n)·Pulse(n)]

步驟六、根據(jù)該橋臂當(dāng)前實際輸出電壓、當(dāng)前平均電容電壓值，計算在忽略橋臂內(nèi)各電容電壓間差異時的期望投入子模塊數(shù)：

步驟七、計算因橋臂內(nèi)各電容電壓間差異導(dǎo)致的誤差，也即當(dāng)前周期的第二種誤差值：

Error2＝N_on–N_e。

在調(diào)制電壓上疊加所述兩種性質(zhì)的誤差的方法為：

步驟一、根據(jù)當(dāng)前控制周期內(nèi)橋臂各子模塊電容電壓值，計算該橋臂平均電容電壓值：

步驟二、根據(jù)當(dāng)前該橋臂的調(diào)制電壓U_ref、電容額定電壓U_cap、上個控制周期中計算的第二種誤差值Error2_z1，計算當(dāng)前的指令投入子模塊數(shù)：

N_ref＝(U_ref+Error2_z1)÷U_cap

若當(dāng)前為第一個控制周期，則Error2_z1為零。

步驟三、根據(jù)當(dāng)前指令投入子模塊數(shù)，疊加上個控制周期中計算的第一種誤差值Error1_z1，計算當(dāng)前實際投入子模塊數(shù)：

N_on＝round_0.5(N_ref+Error1_z1)，round_0.5為四舍五入算法；

若當(dāng)前為第一個控制周期，則Error1_z1為零；

步驟四、根據(jù)當(dāng)前子模塊數(shù)取整前后的差值，計算當(dāng)前周期的第一種誤差值：

Error1＝(N_ref+Error1_z1)-N_on

步驟五、根據(jù)當(dāng)前橋臂內(nèi)各子模塊的電容電壓U_c(i)和投切狀態(tài)Pulse(i)，計算該橋臂當(dāng)前實際輸出電壓：

U＝∑[U_c(i)×Pulse(i)]＝[U_c(1)·Pulse(1)+U_c(2)·Pulse(2)+…+U_c(n)·Pulse(n)]

步驟六、根據(jù)該橋臂當(dāng)前實際投入子模塊數(shù)和平均電容電壓，計算在忽略各子模塊電容電壓間差異時的期望輸出電壓：

步驟七、計算因各子模塊電容電壓間差異導(dǎo)致的誤差，也即當(dāng)前周期的第二種誤差值：

Error2＝U_e–U。

所述方法計算橋臂指令投入子模塊數(shù)取整前后的誤差值。

所述方法將橋臂指令投入子模塊數(shù)取整前后的誤差值累加到指令投入子模塊數(shù)上。

所述方法根據(jù)橋臂平均電容電壓和橋臂實際投入子模塊數(shù)，計算橋臂期望輸出電壓，進而計算橋臂期望輸出電壓和實際輸出電壓之間的誤差值。

所述方法將橋臂期望輸出電壓與橋臂實際輸出電壓間的誤差值成比例地累加到該橋臂的指令投入子模塊數(shù)上，或直接累加到調(diào)制電壓上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器最近電平逼近調(diào)制方法，可以有效降低換流器交流側(cè)輸出諧波，也降低了因諧波導(dǎo)致震蕩的可能。

(2)本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器最近電平逼近調(diào)制方法，可以在不增大換流器輸出諧波的前提下降低平均開關(guān)頻率，從而降低換流器損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的模塊化多電平換流器原理示意圖；

圖2為本發(fā)明之前的最近電平逼近調(diào)制框圖；

圖3為本發(fā)明提出的調(diào)制補償算法框圖；

圖4為本發(fā)明提出的一種誤差Error1和Error2的具體計算方式；

圖5為本發(fā)明提出的誤差Error2的另一種計算和累加方式。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具體實施方式進行詳細說明。

圖1所示為一個模塊化多電平換流器，包括6個橋臂，每個橋臂由n個閥子模塊和1個橋臂電抗組成。在換流器穩(wěn)態(tài)運行時，電流控制器為第k相(k＝a,b,c)的上下橋臂產(chǎn)生互補的調(diào)制電壓U_dc/2-U_k和U_dc/2+U_k；再通過最近電平逼近調(diào)制控制橋臂內(nèi)閥子模塊的投入切除狀態(tài)，使得橋臂的輸出電壓(即投入子模塊電容電壓之和)跟蹤其調(diào)制電壓。在理想情況下，U_a、U_b、U_c為三相正弦電壓，從而調(diào)制后換流器交流側(cè)輸出電壓為三相正弦，直流側(cè)電壓為上下橋臂電壓和，即等于U_dc。

圖2所示為本發(fā)明之前的最近電平逼近調(diào)制框圖。U_ref為橋臂的調(diào)制電壓，除以子模塊電容額定電壓U_cap后，得到指令投入子模塊數(shù)N_ref，經(jīng)過四舍五入取整得到該橋臂實際投入的子模塊數(shù)N_on。再經(jīng)過電容電壓平衡控制，決定各子模塊的投入切除狀態(tài)，其輸出信號Pulse(i)反映了第i個子模塊的投入或切除情況:若第i個子模塊投入，則Pulse(i)為1；若第i個子模塊切除，Pulse(i)為0。其中，∑Pulse(i)＝N_on，i＝1,2,…,n。

但是，在上述最近電平逼近調(diào)制方法下，調(diào)制電壓等于N_ref×U_cap，而橋臂實際輸出電壓為投入子模塊的電容電壓之和，即∑[Pulse(i)×U_c(i)]。對比兩者可以看出，存在兩種誤差會影響橋臂輸出電壓跟蹤其調(diào)制電壓：子模塊數(shù)取整產(chǎn)生的誤差、子模塊電容電壓偏離平均電容電壓導(dǎo)致的誤差。為了更好地跟蹤調(diào)制電壓，依據(jù)本發(fā)明，可以先計算當(dāng)前控制周期內(nèi)這兩個誤差的值，再將誤差值疊加到下一個控制周期的指令投入子模塊數(shù)N_ref或調(diào)制電壓U_ref上，使得補償后的投入子模塊數(shù)盡可能地校正上一周期中的誤差。本發(fā)明提出的最近電平逼近調(diào)制框圖如圖3所示。其中，兩種誤差的具體計算如圖4所示，描述如下：

步驟一、根據(jù)當(dāng)前控制周期內(nèi)橋臂各子模塊電容電壓值，計算該橋臂平均電容電壓值：

步驟二、根據(jù)當(dāng)前該橋臂的調(diào)制電壓U_ref、電容額定電壓U_cap，計算當(dāng)前的指令投入子模塊數(shù)：

N_ref＝U_ref÷U_cap

步驟三、根據(jù)當(dāng)前指令投入子模塊數(shù)，疊加上個控制周期中計算的兩種誤差值Error1_z1和Error2_z1，計算當(dāng)前實際投入子模塊數(shù)：

N_on＝round_0.5(N_ref+Error1_z1+Error2_z1)，round_0.5為四舍五入算法；

若當(dāng)前為第一個控制周期，則Error1_z1和Error2_z1皆為零；

步驟四、根據(jù)當(dāng)前子模塊數(shù)取整前后的差值，計算當(dāng)前周期的第一種誤差值：

Error1＝(N_ref+Error1_z1+Error2_z1)-N_on

步驟五、根據(jù)當(dāng)前橋臂內(nèi)各子模塊的電容電壓U_c(i)和投切狀態(tài)Pulse(i)，計算該橋臂當(dāng)前實際輸出電壓：

U＝∑[U_c(i)×Pulse(i)]＝[U_c(1)·Pulse(1)+U_c(2)·Pulse(2)+…+U_c(n)·Pulse(n)]

步驟六、根據(jù)該橋臂當(dāng)前實際輸出電壓、當(dāng)前平均電容電壓值，計算在忽略橋臂內(nèi)各電容電壓間差異時的期望投入子模塊數(shù)：

步驟七、計算因橋臂內(nèi)各電容電壓間差異導(dǎo)致的誤差，也即當(dāng)前周期的第二種誤差值：

Error2＝N_on–N_e。

本發(fā)明的另一種實現(xiàn)方法是，將第二種誤差直接累加到調(diào)制電壓中，使得修正后的調(diào)制電壓盡可能地校正下一個周期中的第二種誤差。此時最近電平逼近調(diào)制方法的框圖如圖5所示，其中誤差的具體計算描述如下：

步驟一、根據(jù)當(dāng)前控制周期內(nèi)橋臂各子模塊電容電壓值，計算該橋臂平均電容電壓值：

步驟二、根據(jù)當(dāng)前該橋臂的調(diào)制電壓U_ref、電容額定電壓U_cap、上個控制周期中計算的第二種誤差值Error2_z1，計算當(dāng)前的指令投入子模塊數(shù)：

N_ref＝(U_ref+Error2_z1)÷U_cap

若當(dāng)前為第一個控制周期，則Error2_z1為零。

步驟三、根據(jù)當(dāng)前指令投入子模塊數(shù)，疊加上個控制周期中計算的第一種誤差值Error1_z1，計算當(dāng)前實際投入子模塊數(shù)：

N_on＝round_0.5(N_ref+Error1_z1)，round_0.5為四舍五入算法；

若當(dāng)前為第一個控制周期，則Error1_z1為零；

步驟四、根據(jù)當(dāng)前子模塊數(shù)取整前后的差值，計算當(dāng)前周期的第一種誤差值：

Error1＝(N_ref+Error1_z1)-N_on

步驟五、根據(jù)當(dāng)前橋臂內(nèi)各子模塊的電容電壓U_c(i)和投切狀態(tài)Pulse(i)，計算該橋臂當(dāng)前實際輸出電壓：

U＝∑[U_c(i)×Pulse(i)]＝[U_c(1)·Pulse(1)+U_c(2)·Pulse(2)+…+U_c(n)·Pulse(n)]

步驟六、根據(jù)該橋臂當(dāng)前實際投入子模塊數(shù)和平均電容電壓，計算在忽略各子模塊電容電壓間差異時的期望輸出電壓：

步驟七、計算因各子模塊電容電壓間差異導(dǎo)致的誤差，也即當(dāng)前周期的第二種誤差值：

Error2＝U_e–U。

以上實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。