基于模糊控制的模块化多电平换流器均压方法
基于模糊控制的模块化多电平换流器均压方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于模糊控制的柔性高压直流输电系统模块化多电平换流器模 块电压均衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，基于电压源换流器（VoltageSourceConverter,VSC)的柔性高 压直流输电系统W其更好的灵活性、可控性、滤波器小W及能够向无源网络供电等诸 多优点在直流输电领域受到了越来越多的关注。特别是近年来模块化多电平换流器 (Mo化larMultilevelConverter，MMC)的提出，其模块化的设计使得电压的提高变 得非常容易，为柔性高压直流输电注入了新的活力，也使得多端柔性直流输电易于实 现。截止目前，全世界投入运行的柔性直流输电工程已经超过了20项，包括广东南澳岛 ± 160kV/200MW/100MW/50MWS端柔直工程，浙江舟山群岛± 200kV五端柔直工程，福建厦 口 ±320kV/1000MW柔直工程和云南鲁西±350kV/1000MW柔直工程等。
[0003] 用于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器内部含有大量的功率模块，在 实际运行过程中，必须对所有的功率模块的电容电压进行控制，使其电压的波动范围在模 块化多电平变流器内部开关器件（IGBT，IGCT等）和电容所能承受的范围内。
[0004] 用于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器内部的开关器件众多，一般都 有上千只开关管。应用于输电功率较大的场合时，每只开关器件的开关频率不能过高，过高 的开关频率不仅能够造成系统运行可靠性和效率的降低，而且也为整个变流器的冷却系统 设计带来了诸多挑战。
[0005] 为了解决该一问题，相关专利也提出了算法。中国专利CN103427692A通过将对 周期内投入和切除的模块进行分组，换流器控保系统下发的本周期应该投入的模块个数， 阀控系统根据上一周期的投入和切除模块个数的统计结果计算本周期新增的应该投入或 切除的模块个数an。根据桥臂电流方向，从已经切除的模块组中选择AN个模块投入，或 者从已经投入的模块组中选择an个模块切除。该方法能够大幅度的降低开关频率。但 是该一方法会导致模块电容电压波动明显，尤其在应用于高压大容量的柔性直流输电工程 中，较大的桥臂电流导致长时间处于投入的模块电容电压变得很高，增加了系统安全可靠 运行的风险。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点，提出一种基于模糊控制的模块化多 电平换流器均压方法。本发明既可W在较低开关频率条件下实现模块化多电平换流器的均 压控制，又能够根据桥臂电流的大小选择相应个数的模块进行轮换，消除了不必要的开关 动作。
[0007] 本发明所基于的模块化多电平换流器的控制系统包括换流器的控制保护系统W 及阀控系统。控制保护系统是上层控制系统，负责换流阀的整体控制及保护。阀控系统是 下层控制，负责换流阀内部控制，包括开关器件的触发等。
[000引本发明利用模块化多电平换流器的控制保护系统和阀控系统对模块进行均压控 审IJ。模块化多电平换流器的控制保护系统每周期下发本周期应该导通的模块个数，阀控系 统根据上一周期模块的投入和切除情况计算本周期应该新增投入或者新增切除模块数量， 根据桥臂电流的方向W及阀控系统内部对模块电压的排序结果，选择相应数量的模块投入 或者切除。
[0009] 每一周期选择投入或者切除的模块可W采用模块轮换的方法实现，即从上一周期 投入的模块中选择一部分切除，同时从上一周期切除的模块中选择一部分投入。在变流器 桥臂电流较小，即对模块电容的充放电不明显时选择较少的模块进行轮换，在变流器桥臂 电流较大，即对模块的充放电明显时，选择较多的模块进行轮换。
[0010] 所述的轮换模块的个数选取方法基于模糊控制，将桥臂电流分为若干个论域，对 每个论域设置隶属度函数。阀控系统根据接收到的本周期应该导通的模块个数和上一周期 已经投入的模块个数做差计算本周期应该新增投入模块个数an。根据采样得到的桥臂电 流值和该桥臂电流论域内的隶属度函数计算本周期应该轮换的模块个数Nth^g。，根据计算 结果对模块化多电平变流器进行均压控制：
[0011] 1、若此时桥臂电流方向为向模块充电，控制方法如下：
[0012] (1)若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择 N。!胃。个电压较高的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较低的Neh。^。个模块投 入；
[0013] (2)若本周期需要新增投入模块AN个，则从上一周期切除的模块中选择 AN+Nth^g。个电压较低的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Nth。。,。个电压较高的 模块切除；
[0014] 做本周期需要新增切除模块AN个，则从上一周期投入的模块中选择AN+Nth。。,。 个电压较高的模块切除，同时从上一周期切除的模块中选择Nth胃个电压较低的模块投入。
[0015] 2、若此时桥臂电流方向为向模块放电，控制方法如下；
[0016] (1)若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择 N。!胃。个电压较低的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较高的Neh。^。个模块投 入；
[0017] (2)若本周期需要新增投入模块AN个，则上一周期从切除的模块中选择 AN+Nth^g。个电压较高的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Nth。。,。个电压较低的 模块切除；
[001引 做若本周期需要新增切除模块AN个，则从上一周期投入的模块中选择AN+Nth^g。个电压较低的模块切除，同时从±-周期切除的模块中选择Nth。。,。个电压较高的 模块投入。
[0019] 所述的桥臂电流论域内的隶属度函数计算方法为；首先将桥臂电流在负的最大 值与正的最大值之间分割为若干个论域，对于每一个论域区间内分别设置相应的隶属度函 数；其中桥臂电流分别是正最大与负最大时选择较大，桥臂电流正的次最大与负的次 最大时Nehang。次大，W此类推，最终桥臂电流在零附近时选择最小；每个周期根据采样 得到的桥臂电流，判断其所在的论域区间，根据每个论域区间内的隶属度函数计算的 数值权重并得到该桥臂电流大小情况下需要轮换的模块个数。Nth。。,。为应该轮换的模块个 数。
【附图说明】
[0020] 图1为模块化多电平变流器的拓扑结构；
[0021] 图2为桥臂电流的论域划分与相应论域的隶属度函数；
[0022] 图3为基于模糊控制的模块化多电平变流器模块均压方法的流程。
【具体实施方式】
[0023] W下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0024] 图1为模块化多电平变流器（MMC)的拓扑结构，模块化多电平换流器的每相由上 下两个桥臂组成，每个桥臂包括一个电抗器L"m和N个串联连接的功率模块SMi-SMw，N> 1。
[0025] 图2为桥臂电流的论域划分与相应论域的隶属度函数。将桥臂电流的正负区间平 均分为3个论域，为了简化计算，每个论域区间选择最简单的=角形和梯形隶属度函数，其 隶属度函数对应的模块轮换个数Nm"、Nmi。和N。。。根据系统容量和桥臂模块个数确定，一般 0《2,1《4,4《6。每一周期阀控系统根据采样得到的桥臂电流计算 本周期应该轮换的模块个数，具体计算方法为：
[0037]
[003引其中，Nthuw是本周期轮换模块个数，Nm"、Nmi。和N。。。是不同隶属度函数所对应的轮 换模块个数，Nmi。是桥臂电流在I。/3~Ip/3区间上隶属度函数对应的轮换模块个数，N。。。是 桥臂电流在Ip/3~2Ip/3和1。/3~21。/3区间上隶属度函数对应的轮换模块个数，Nm"是 桥臂电流在2Ip/3~Ip和21。/3~I。区间上隶属度函 数对应的轮换模块个数。I是采样 得到的桥臂电流，Ip是桥臂电流正的最大值，I。是桥臂电流负的最大值。
[0039] 如图3所示，本发明基于模糊控制的模块化多电平变流器模块均压方法的流程如 下：
[0040] 每一个控制周期换流器控制保护系统下发本周期应该导通的模块个数，阀控系统 根据接收到的本周期应该导通的模块个数，W及上一周期模块的投入和切除情况，计算本 周期应该新增投入或切除模块个数an,并进行模块轮换，具体流程为：
[0041] 1、若桥臂电流为向模块充电：
[0042](1)本周期不需要新增投入切除模块，若上一周期投入的模块数小于Nth胃或切除 的模块数小于Nth。。,。，则保持本周期的控制指令不变，即不进行模块的轮换；若不满足投入 或者切除的模块数小于Nth。。,。，则从上一周期切除的模块中选择Nth。。,。个电压较低的模块投 入，从上一周期投入的模块中选择Nth。。,。个电压较高的模块切除，即对投入和切除的模块轮 换 个；
[0043] (2)本周期需要新增投入模块AN，若上一周期投入的模块数小于Nth胃或切除的 模块数小于AN+Nth。。,。，则从上一周期投入的模块中选择切除的模块数量为；切除模块数减 AN个电压较高的模块，不进行模块的轮换；若投入的模块数不满足投入模块数小于Nth。。,。 或者切除模块数小于AN+Nth^g。，则从切除的模块中选择AN+N。ha。g。个电压较低的模块投 入，从投入的模块中选择Nth。。,。个电压较高的模块切除，即对投入和切除的模块轮换Nth。。,。 个；
[0044] (3)本周期需要新增切除模块AN，若切除的模块数小于Nth。。,。或投入的模块数小 于AN+Nth^g。，则从上一周期切除的模块中选择投入的模块，所选择数量投入的模块为投入 模块数减an个电压较低的模块，不进行模块的轮换；若切除的模块数不满足切除模块数 小于Nehang。或者投入模块数小于AN+Nehang。，则从上一周期投入的模块中选择AN+NehaMe个 电压较高的模块切除，从上一周期切除的模块中选择Nth。。,。个电压较低的模块投入，即对投 入和切除的模块轮换个。
[0045] 2、若桥臂电流为向模块放电；
[0046] (1)本周期不需要新增投入切除模块，若投入的模块数小于Nth。。,。，或切除的模 块数小于Nth。。,。，则保持本周期的控制指令不变，即不进行模块的轮换；若不满足投入或者 切除的模块数小于Nth。。,。，则从上一周期切除的模块中选择个电压较高的模块投入， 从上一周期投入的模块中选择个电压较低的模块切除，即对投入和切除的模块轮换 NU个- 丄、change > ?
[0047] (2)本周期需要新增投入模块AN，若投入的模块数小于Nth。。,。或切除的模块数小 于AN+Nth。。,。，则从±-周期投入的模块中选择切除模块数为；切除模块数减an个电压较 低的模块，不进行模块的轮换；若投入的模块数量不满足投入模块数小于或者切除模 块数小于AN+N。ha。g。，则从上一周期切除的模块中选择AN+N。h^g。个电压较高的模块投入，从上一周期投入的模块中选择Nth^g。个电压较低的模块切除，即对投入和切除的模块轮换 NU个- 丄、change > ?
[0048] (3)本周期需要新增切除模块AN，若切除的模块数小于Nth^g。，或投入的模块数小 于AN+Nth。。,。，则从上一周期切除的模块中选择投入模块为；投入模块数减an个电压较高 的模块，不进行模块轮换；若不满足切除模块数小于或者投入模块数小于AN+Ntha"g。， 则从上一周期投入的模块中选择AN+NthMw个电压较低的模块切除，从上一周期切除的模 块中选择Nth。。,。个电压较高的模块投入，即对投入和切除的模块轮换Nth。。,。个。
[0049] 按照上述方法步骤控制模块化多电平变流器（MMC)的模块电压，既能够保证模块 电容电压的均衡，有能够有效降低开关频率，提高系统效率。
【主权项】
1. 一种基于模糊控制的模块化多电平换流器均压方法，所述的均压方法利用模块化多 电平换流器的控制保护系统和阀控系统对模块进行均压控制；所述的模块化多电平换流器 的控制保护系统每周期下发本周期应该导通的模块个数；所述的阀控系统根据上一周期模 块的投入和切除情况计算本周期应该新增投入或者新增切除模块数量，根据桥臂电流的方 向以及阀控系统对模块电压的排序结果，从上一周期投入的模块中选择一部分切除，同时 从上一周期切除的模块中选择一部分投入，进行模块轮换，其特征在于，所述的模块轮换基 于模糊控制的方法：根据换流器的控制保护系统下发的本周期应该投入的模块个数和阀控 系统统计上一周期已经投入的模块个数，计算得到本周期新增投入/切除的模块个数AN ; 阀控系统根据采样得到的桥臂电流值和该桥臂电流论域内的隶属度函数计算本周期应该 轮换的模块个数Ndiange，根据计算结果对模块化多电平变流器进行均压控制： 一、 若此时桥臂电流方向为向模块充电，控制方法如下： (1) 若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择Ndia^个 电压较高的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较低的Ndiange个模块投入； (2) 本周期需要新增投入模块为AN个，则从上一周期切除的模块中选择AMNdiangJ^ 电压较低的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Ndia^个电压较高的模块切除； (3) 若本周期需要新增切除模块为AN个，则从上一周期投入的模块中选择AMNdiange 个电压较高的模块切除，同时从上一周期切除的模块中选择Ndiange个电压较低的模块投 入； 二、 若此时桥臂电流方向为向模块放电，控制方法如下： (1)若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择Ndia^个 电压较低的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较高的Ndiange个模块投入； ⑵若本周期需要新增投入模块AN个，则从上一周期切除的模块中选择AmNdiangI电压较高的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Ndia^个电压较低的模块切除； ⑶若本周期需要新增切除模块AN个，则从上一周期投入的模块中选择AmNdiangI电压较低的模块切除，同时从上一周期切除的模块中选择Ndia^个电压较高的模块投入。2. 如权利要求1所述的模块化多电平换流器的均压方法，其特征在于，所述的桥臂电 流论域内的隶属度函数计算方法为：首先将桥臂电流在负的最大值与正的最大值之间分割 为若干个论域，对于每一个论域区间内分别设置相应的隶属度函数；其中桥臂电流分别是 正最大与负最大时选择Nehange较大，桥臂电流正的次最大与负的次最大时Nehange;次大，以此 类推，最终桥臂电流在零附近时选择Ndiange最小；每个周期根据采样得到的桥臂电流，判断 其所在的论域区间，根据每个论域区间内的隶属度函数计算Ndia^的数值权重并得到该桥 臂电流大小情况下需要轮换的模块个数；Ndiange为应该轮换的模块个数。
【专利摘要】一种基于模糊控制的模块化多电平换流器均压方法；所述的均压方法根据换流器控制保护系统计算得到的本周期应该投入的模块个数，阀控系统计算得到上一周期的投入切除模块个数，本周期的桥臂电流方向以及桥臂电流大小计算本周期应该投入/切除和需要轮换的模块个数，并根据桥臂电流值和桥臂电流论域内的隶属度函数计算本周期应该轮换的模块个数，实时调整需要轮换的模块个数，对模块化多电平变流器进行均压控制。
【IPC分类】H02M7/483
【公开号】CN104901569
【申请号】CN201510259378
【发明人】李耀华, 赵聪, 李子欣, 高范强, 徐飞, 罗永捷
【申请人】中国科学院电工研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月20日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于模糊控制的柔性高压直流输电系统模块化多电平换流器模 块电压均衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，基于电压源换流器（VoltageSourceConverter,VSC)的柔性高 压直流输电系统W其更好的灵活性、可控性、滤波器小W及能够向无源网络供电等诸 多优点在直流输电领域受到了越来越多的关注。特别是近年来模块化多电平换流器 (Mo化larMultilevelConverter，MMC)的提出，其模块化的设计使得电压的提高变 得非常容易，为柔性高压直流输电注入了新的活力，也使得多端柔性直流输电易于实 现。截止目前，全世界投入运行的柔性直流输电工程已经超过了20项，包括广东南澳岛 ± 160kV/200MW/100MW/50MWS端柔直工程，浙江舟山群岛± 200kV五端柔直工程，福建厦 口 ±320kV/1000MW柔直工程和云南鲁西±350kV/1000MW柔直工程等。
[0003] 用于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器内部含有大量的功率模块，在 实际运行过程中，必须对所有的功率模块的电容电压进行控制，使其电压的波动范围在模 块化多电平变流器内部开关器件（IGBT，IGCT等）和电容所能承受的范围内。
[0004] 用于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器内部的开关器件众多，一般都 有上千只开关管。应用于输电功率较大的场合时，每只开关器件的开关频率不能过高，过高 的开关频率不仅能够造成系统运行可靠性和效率的降低，而且也为整个变流器的冷却系统 设计带来了诸多挑战。
[0005] 为了解决该一问题，相关专利也提出了算法。中国专利CN103427692A通过将对 周期内投入和切除的模块进行分组，换流器控保系统下发的本周期应该投入的模块个数， 阀控系统根据上一周期的投入和切除模块个数的统计结果计算本周期新增的应该投入或 切除的模块个数an。根据桥臂电流方向，从已经切除的模块组中选择AN个模块投入，或 者从已经投入的模块组中选择an个模块切除。该方法能够大幅度的降低开关频率。但 是该一方法会导致模块电容电压波动明显，尤其在应用于高压大容量的柔性直流输电工程 中，较大的桥臂电流导致长时间处于投入的模块电容电压变得很高，增加了系统安全可靠 运行的风险。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点，提出一种基于模糊控制的模块化多 电平换流器均压方法。本发明既可W在较低开关频率条件下实现模块化多电平换流器的均 压控制，又能够根据桥臂电流的大小选择相应个数的模块进行轮换，消除了不必要的开关 动作。
[0007] 本发明所基于的模块化多电平换流器的控制系统包括换流器的控制保护系统W 及阀控系统。控制保护系统是上层控制系统，负责换流阀的整体控制及保护。阀控系统是 下层控制，负责换流阀内部控制，包括开关器件的触发等。
[000引本发明利用模块化多电平换流器的控制保护系统和阀控系统对模块进行均压控 审IJ。模块化多电平换流器的控制保护系统每周期下发本周期应该导通的模块个数，阀控系 统根据上一周期模块的投入和切除情况计算本周期应该新增投入或者新增切除模块数量， 根据桥臂电流的方向W及阀控系统内部对模块电压的排序结果，选择相应数量的模块投入 或者切除。
[0009] 每一周期选择投入或者切除的模块可W采用模块轮换的方法实现，即从上一周期 投入的模块中选择一部分切除，同时从上一周期切除的模块中选择一部分投入。在变流器 桥臂电流较小，即对模块电容的充放电不明显时选择较少的模块进行轮换，在变流器桥臂 电流较大，即对模块的充放电明显时，选择较多的模块进行轮换。
[0010] 所述的轮换模块的个数选取方法基于模糊控制，将桥臂电流分为若干个论域，对 每个论域设置隶属度函数。阀控系统根据接收到的本周期应该导通的模块个数和上一周期 已经投入的模块个数做差计算本周期应该新增投入模块个数an。根据采样得到的桥臂电 流值和该桥臂电流论域内的隶属度函数计算本周期应该轮换的模块个数Nth^g。，根据计算 结果对模块化多电平变流器进行均压控制：
[0011] 1、若此时桥臂电流方向为向模块充电，控制方法如下：
[0012] (1)若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择 N。!胃。个电压较高的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较低的Neh。^。个模块投 入；
[0013] (2)若本周期需要新增投入模块AN个，则从上一周期切除的模块中选择 AN+Nth^g。个电压较低的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Nth。。,。个电压较高的 模块切除；
[0014] 做本周期需要新增切除模块AN个，则从上一周期投入的模块中选择AN+Nth。。,。 个电压较高的模块切除，同时从上一周期切除的模块中选择Nth胃个电压较低的模块投入。
[0015] 2、若此时桥臂电流方向为向模块放电，控制方法如下；
[0016] (1)若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择 N。!胃。个电压较低的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较高的Neh。^。个模块投 入；
[0017] (2)若本周期需要新增投入模块AN个，则上一周期从切除的模块中选择 AN+Nth^g。个电压较高的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Nth。。,。个电压较低的 模块切除；
[001引 做若本周期需要新增切除模块AN个，则从上一周期投入的模块中选择AN+Nth^g。个电压较低的模块切除，同时从±-周期切除的模块中选择Nth。。,。个电压较高的 模块投入。
[0019] 所述的桥臂电流论域内的隶属度函数计算方法为；首先将桥臂电流在负的最大 值与正的最大值之间分割为若干个论域，对于每一个论域区间内分别设置相应的隶属度函 数；其中桥臂电流分别是正最大与负最大时选择较大，桥臂电流正的次最大与负的次 最大时Nehang。次大，W此类推，最终桥臂电流在零附近时选择最小；每个周期根据采样 得到的桥臂电流，判断其所在的论域区间，根据每个论域区间内的隶属度函数计算的 数值权重并得到该桥臂电流大小情况下需要轮换的模块个数。Nth。。,。为应该轮换的模块个 数。
【附图说明】
[0020] 图1为模块化多电平变流器的拓扑结构；
[0021] 图2为桥臂电流的论域划分与相应论域的隶属度函数；
[0022] 图3为基于模糊控制的模块化多电平变流器模块均压方法的流程。
【具体实施方式】
[0023] W下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0024] 图1为模块化多电平变流器（MMC)的拓扑结构，模块化多电平换流器的每相由上 下两个桥臂组成，每个桥臂包括一个电抗器L"m和N个串联连接的功率模块SMi-SMw，N> 1。
[0025] 图2为桥臂电流的论域划分与相应论域的隶属度函数。将桥臂电流的正负区间平 均分为3个论域，为了简化计算，每个论域区间选择最简单的=角形和梯形隶属度函数，其 隶属度函数对应的模块轮换个数Nm"、Nmi。和N。。。根据系统容量和桥臂模块个数确定，一般 0《2,1《4,4《6。每一周期阀控系统根据采样得到的桥臂电流计算 本周期应该轮换的模块个数，具体计算方法为：
[0037]
[003引其中，Nthuw是本周期轮换模块个数，Nm"、Nmi。和N。。。是不同隶属度函数所对应的轮 换模块个数，Nmi。是桥臂电流在I。/3~Ip/3区间上隶属度函数对应的轮换模块个数，N。。。是 桥臂电流在Ip/3~2Ip/3和1。/3~21。/3区间上隶属度函数对应的轮换模块个数，Nm"是 桥臂电流在2Ip/3~Ip和21。/3~I。区间上隶属度函 数对应的轮换模块个数。I是采样 得到的桥臂电流，Ip是桥臂电流正的最大值，I。是桥臂电流负的最大值。
[0039] 如图3所示，本发明基于模糊控制的模块化多电平变流器模块均压方法的流程如 下：
[0040] 每一个控制周期换流器控制保护系统下发本周期应该导通的模块个数，阀控系统 根据接收到的本周期应该导通的模块个数，W及上一周期模块的投入和切除情况，计算本 周期应该新增投入或切除模块个数an,并进行模块轮换，具体流程为：
[0041] 1、若桥臂电流为向模块充电：
[0042](1)本周期不需要新增投入切除模块，若上一周期投入的模块数小于Nth胃或切除 的模块数小于Nth。。,。，则保持本周期的控制指令不变，即不进行模块的轮换；若不满足投入 或者切除的模块数小于Nth。。,。，则从上一周期切除的模块中选择Nth。。,。个电压较低的模块投 入，从上一周期投入的模块中选择Nth。。,。个电压较高的模块切除，即对投入和切除的模块轮 换 个；
[0043] (2)本周期需要新增投入模块AN，若上一周期投入的模块数小于Nth胃或切除的 模块数小于AN+Nth。。,。，则从上一周期投入的模块中选择切除的模块数量为；切除模块数减 AN个电压较高的模块，不进行模块的轮换；若投入的模块数不满足投入模块数小于Nth。。,。 或者切除模块数小于AN+Nth^g。，则从切除的模块中选择AN+N。ha。g。个电压较低的模块投 入，从投入的模块中选择Nth。。,。个电压较高的模块切除，即对投入和切除的模块轮换Nth。。,。 个；
[0044] (3)本周期需要新增切除模块AN，若切除的模块数小于Nth。。,。或投入的模块数小 于AN+Nth^g。，则从上一周期切除的模块中选择投入的模块，所选择数量投入的模块为投入 模块数减an个电压较低的模块，不进行模块的轮换；若切除的模块数不满足切除模块数 小于Nehang。或者投入模块数小于AN+Nehang。，则从上一周期投入的模块中选择AN+NehaMe个 电压较高的模块切除，从上一周期切除的模块中选择Nth。。,。个电压较低的模块投入，即对投 入和切除的模块轮换个。
[0045] 2、若桥臂电流为向模块放电；
[0046] (1)本周期不需要新增投入切除模块，若投入的模块数小于Nth。。,。，或切除的模 块数小于Nth。。,。，则保持本周期的控制指令不变，即不进行模块的轮换；若不满足投入或者 切除的模块数小于Nth。。,。，则从上一周期切除的模块中选择个电压较高的模块投入， 从上一周期投入的模块中选择个电压较低的模块切除，即对投入和切除的模块轮换 NU个- 丄、change > ?
[0047] (2)本周期需要新增投入模块AN，若投入的模块数小于Nth。。,。或切除的模块数小 于AN+Nth。。,。，则从±-周期投入的模块中选择切除模块数为；切除模块数减an个电压较 低的模块，不进行模块的轮换；若投入的模块数量不满足投入模块数小于或者切除模 块数小于AN+N。ha。g。，则从上一周期切除的模块中选择AN+N。h^g。个电压较高的模块投入，从上一周期投入的模块中选择Nth^g。个电压较低的模块切除，即对投入和切除的模块轮换 NU个- 丄、change > ?
[0048] (3)本周期需要新增切除模块AN，若切除的模块数小于Nth^g。，或投入的模块数小 于AN+Nth。。,。，则从上一周期切除的模块中选择投入模块为；投入模块数减an个电压较高 的模块，不进行模块轮换；若不满足切除模块数小于或者投入模块数小于AN+Ntha"g。， 则从上一周期投入的模块中选择AN+NthMw个电压较低的模块切除，从上一周期切除的模 块中选择Nth。。,。个电压较高的模块投入，即对投入和切除的模块轮换Nth。。,。个。
[0049] 按照上述方法步骤控制模块化多电平变流器（MMC)的模块电压，既能够保证模块 电容电压的均衡，有能够有效降低开关频率，提高系统效率。
【主权项】
1. 一种基于模糊控制的模块化多电平换流器均压方法，所述的均压方法利用模块化多 电平换流器的控制保护系统和阀控系统对模块进行均压控制；所述的模块化多电平换流器 的控制保护系统每周期下发本周期应该导通的模块个数；所述的阀控系统根据上一周期模 块的投入和切除情况计算本周期应该新增投入或者新增切除模块数量，根据桥臂电流的方 向以及阀控系统对模块电压的排序结果，从上一周期投入的模块中选择一部分切除，同时 从上一周期切除的模块中选择一部分投入，进行模块轮换，其特征在于，所述的模块轮换基 于模糊控制的方法：根据换流器的控制保护系统下发的本周期应该投入的模块个数和阀控 系统统计上一周期已经投入的模块个数，计算得到本周期新增投入/切除的模块个数AN ; 阀控系统根据采样得到的桥臂电流值和该桥臂电流论域内的隶属度函数计算本周期应该 轮换的模块个数Ndiange，根据计算结果对模块化多电平变流器进行均压控制： 一、 若此时桥臂电流方向为向模块充电，控制方法如下： (1) 若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择Ndia^个 电压较高的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较低的Ndiange个模块投入； (2) 本周期需要新增投入模块为AN个，则从上一周期切除的模块中选择AMNdiangJ^ 电压较低的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Ndia^个电压较高的模块切除； (3) 若本周期需要新增切除模块为AN个，则从上一周期投入的模块中选择AMNdiange 个电压较高的模块切除，同时从上一周期切除的模块中选择Ndiange个电压较低的模块投 入； 二、 若此时桥臂电流方向为向模块放电，控制方法如下： (1)若本周期不需要新增投入或者切除模块，则从上一周期投入的模块中选择Ndia^个 电压较低的模块切除，从上一周期切除的模块中选择电压较高的Ndiange个模块投入； ⑵若本周期需要新增投入模块AN个，则从上一周期切除的模块中选择AmNdiangI电压较高的模块投入，同时从上一周期投入的模块中选择Ndia^个电压较低的模块切除； ⑶若本周期需要新增切除模块AN个，则从上一周期投入的模块中选择AmNdiangI电压较低的模块切除，同时从上一周期切除的模块中选择Ndia^个电压较高的模块投入。2. 如权利要求1所述的模块化多电平换流器的均压方法，其特征在于，所述的桥臂电 流论域内的隶属度函数计算方法为：首先将桥臂电流在负的最大值与正的最大值之间分割 为若干个论域，对于每一个论域区间内分别设置相应的隶属度函数；其中桥臂电流分别是 正最大与负最大时选择Nehange较大，桥臂电流正的次最大与负的次最大时Nehange;次大，以此 类推，最终桥臂电流在零附近时选择Ndiange最小；每个周期根据采样得到的桥臂电流，判断 其所在的论域区间，根据每个论域区间内的隶属度函数计算Ndia^的数值权重并得到该桥 臂电流大小情况下需要轮换的模块个数；Ndiange为应该轮换的模块个数。
【专利摘要】一种基于模糊控制的模块化多电平换流器均压方法；所述的均压方法根据换流器控制保护系统计算得到的本周期应该投入的模块个数，阀控系统计算得到上一周期的投入切除模块个数，本周期的桥臂电流方向以及桥臂电流大小计算本周期应该投入/切除和需要轮换的模块个数，并根据桥臂电流值和桥臂电流论域内的隶属度函数计算本周期应该轮换的模块个数，实时调整需要轮换的模块个数，对模块化多电平变流器进行均压控制。
【IPC分类】H02M7/483
【公开号】CN104901569
【申请号】CN201510259378
【发明人】李耀华, 赵聪, 李子欣, 高范强, 徐飞, 罗永捷
【申请人】中国科学院电工研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月20日
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