模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法技术

本发明专利技术属于电力系统技术领域，提供了一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法。包括以下过程：获取模块化多电平拓扑风电变换器的运行参量，所述运行参量至少包括风速，并获取最高频率风速；向模块化多电平拓扑风电变换器中注入循环电流二倍频分量；其中，循环电流二倍频分量满足如下条件：注入的循环电流二倍频分量的角度为最佳角度，当实际风速大于最高频率风速时的子模块电容电压纹波与最高频率风速下的子模块电容电压纹波保持一致；与传统方法相比，本发明专利技术通过注入循环电流的二次谐波分量，可以显著降低子模块电容器的电压纹波，减小设备的体积，降低设备的成本，提高设备的运行可靠性。提高设备的运行可靠性。提高设备的运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，特别涉及一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]常规能源是不可再生的，会造成环境污染。可再生能源，尤其是风能的开发已经引起了越来越多的关注。随着风力发电技术的不断进步，风能转换系统的容量也在逐渐增大。在过去的三十年里，风能转换系统的规模和容量呈指数级增长。一些制造商甚至开始开发容量为10MW的风能转换系统。
[0004]在兆瓦级风力发电系统中，永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG)和全功率变换器已被广泛采用。随着相关技术的进步，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)已广泛应用于海上风力发电和高压直流技术。然而，与传统的两电平和三电平变换器不同，MMC的电容器不直接连接到直流母线。其电容器安装在子模块中。在MMC运行期间，臂电流将通过子模块电容器，这将导致电容器电压波动。通常，电容器电压纹波不应增加标称电容器电压的10％，否则过电压会导致半导体和电容器击穿。因此，MMC通常需要电容值较大的电容器。大电容不仅会增加成本，而且会增加换流器的空间。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，通过注入循环电流的二次谐波分量，抑制了子模块电容器的电压纹波，从而可以使用电容值更小的子模块电容。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法。
[0008]一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，包括以下过程：
[0009]获取模块化多电平拓扑风电变换器的运行参量，所述运行参量至少包括风速，并获取最高频率风速；
[0010]向模块化多电平拓扑风电变换器中注入循环电流二倍频分量；
[0011]其中，循环电流二倍频分量满足如下条件：注入的循环电流二倍频分量的角度为最佳角度，当实际风速大于最高频率风速时的子模块电容电压纹波与最高频率风速下的子模块电容电压纹波保持一致。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制系统。
[0013]一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制系统，包括：
[0014]数据获取模块，被配置为：获取模块化多电平拓扑风电变换器的运行参量，所述运行参量至少包括风速，并获取最高频率风速；
[0015]纹波控制控制模块，被配置为：向模块化多电平拓扑风电变换器中注入循环电流二倍频分量；
[0016]其中，循环电流二倍频分量满足如下条件：注入的循环电流二倍频分量的角度为最佳角度，当实际风速大于最高频率风速时的子模块电容电压纹波与最高频率风速下的子模块电容电压纹波保持一致。
[0017]本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法中的步骤。
[0018]本专利技术第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法中的步骤。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，通过注入循环电流的二次谐波分量，解决了传统的模块化多电平换流器拓扑中子模块电容值较大的问题，显著降低子模块电容器的电压纹波，从而可以使用电容值更小的子模块电容。
[0021]2、本专利技术所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，减小了设备的体积，降低了设备的成本，提高了设备的运行可靠性，。
[0022]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]图1为本专利技术实施例1提供的模块化多电平拓扑大功率风力发电变换器的拓扑图。
[0025]图2为本专利技术实施例1提供的用于模块化多电平拓扑大功率风力发电变换器的恒电容电压纹波控制方法流程图。
[0026]图3为本专利技术实施例1提供的用于模块化多电平拓扑大功率风力发电变换器的恒电容电压纹波控制方法的控制图。
[0027]图4为本专利技术实施例1提供的最高频率风速示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0029]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]实施例1：
[0033]由于模块化多电平换流器(MMC)的子模块电容器的设计应考虑实际运行条件，特别是风速的影响，因为风速会影响子模块电容器的电压纹波和电压幅值。在传统方法中，子模块电容器的电容设计将基于相对较高的风速，并留有一定的安全裕度。然而，在大多数情况下，设备在最高频率风速下运行。针对模块化多电平拓扑大功率风力发电变换器，本专利技术实施例1提出了一种恒电容电压控制方法，通过本实施例所述的方法，通过注入循环电流的二次谐波分量，可以显著降低子模块电容器的电压纹波。
[0034]具体的，如图1、图2和图3所示，包括以下过程：
[0035]S1：输入模块化多电平拓扑大功率风力发电变换器的运行工况，特别的，这里所提到的工况指设备运行时的风速，并寻找最高频率风速。
[0036]例如，某地风电厂风频分布拟合曲线如图4所示，则该地区最高频率风速为8m/s。
[0037]S2：计算永磁同步发电机和模块化多电平换流器的电气量。
[0038]S3：计算最高频率风速下子模块电容电压纹波值；计算不同注入循环电流二倍频分量幅值下的最佳注入相角。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，其特征在于：包括以下过程：获取模块化多电平拓扑风电变换器的运行参量，所述运行参量至少包括风速，并获取最高频率风速；向模块化多电平拓扑风电变换器中注入循环电流二倍频分量；其中，循环电流二倍频分量满足如下条件：注入的循环电流二倍频分量的角度为最佳角度，当实际风速大于最高频率风速时的子模块电容电压纹波与最高频率风速下的子模块电容电压纹波保持一致。2.如权利要求1所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，其特征在于：最佳角度的获取，包括：改变循环电流的幅值，计算循环电流角从0变为2π时子模块电容电压波动的值，并在子模块电容电压波动的最小值对应的角度为最佳角度。3.如权利要求1所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，其特征在于：子模块电容电压为：其中，i
ap
(t)为模块化多电平换流器的上桥臂电流，u
cap,a.1ω
(t)、u
cap,a.2ω
(t)和u
cap,a.3ω
(t)分别表示子模块电容电压的1ω分量、2ω分量和3ω分量，U
cap.0
为电容器电压中的直流分量；C
SM
是子模块电容器的电容值。4.如权利要求3所述的模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制方法，其特征在于：S
up,a
(t)＝A
dc
‑
A1cos(ωt+θ1)
‑
A2cos(ωt+θ2)其中，A
dc
为调制信号中的直流分量，A1和θ1为调制信号中1ω分量的振幅和相位角；A2和θ2为调制信号中2ω分量的振幅和相位角。5.一种模块化多电平拓扑风电变换器的恒电容电压纹波控制系统，其特征在于：包括：数据获取模块，被配置为：获取模块化多电平拓扑风电变换器的运行参量，所述运行参量至少包括风速，并获取最高频率风速；纹波控制控制模块，被配置为：向模块化多电平拓扑风电变换器中注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李可军，刘智杰，钱建行，郭忠霖，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：