PDF《模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略》

9 ) 和式(

1 0 ) 代入式(

1 1 ) 和式(

1 2 ) 可得: d u2 d u a d t = Ud c CNs u m ( 1-mc o sω t) i u a (

1 3 ) d u2 d l a d t = Ud c CNs u m ( 1+mc o sω t) i l a (

1 4 ) 上下桥臂的能量 Wu a和Wl a可表示为: ―

7 6 ― ・柔性直流输电系统故障保护策略・ 胡鹏飞, 等 模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略 Wu a=

1 2 CNs u m u2 d u a= ∫ T

0 Ud c

2 ( 1-mc o sω t) i u a d t+

1 2 CNs u m U2 d (

1 5 ) Wl a=

1 2 CNs u m u2 d l a= ∫ T

0 Ud c

2 ( 1+mc o sω t) i l a d t+

1 2 CNs u m U2 d (

1 6 ) 式中: Ud 为正常运行子模块的额定电压;

T 为工频 周期. 由式(

1 5 ) 和式(

1 6) 可以看出, 桥臂的能量由平 均值和波动量构成.子模块正常运行时, 各桥臂平 均能量相等.

4 能量平衡容错控制策略 以a相上桥臂为例, 当有一部分子模块发生故 障并被旁路时, 子模块总数将小于 Ns u m , 系统处于 不对称运行状态.根据式(

1 5) 和式(

1 6) , a相上桥 臂能量平均值将小于其他桥臂, 这会造成a相上桥 臂子模块电压波动幅度变大、 桥臂电流畸变、 三相环 流不对称, 最终导致直流电流波动. 为了抑制不对称运行带来的直流电流波动, 可 以控制故障桥臂的平均能量与其他桥臂的平均能量 相等, 达到能量平衡状态. 子模块正常运行时, MMC满足以下条件: Ns u m =N+Nr (

1 7 ) Ud c=NUd (

1 8 ) Wr a t e d=

1 2 CNs u m U2 d (

1 9 ) 式中: N 为正常运行的桥臂子模块最大投入数;

Nr 为子模块正常运行时的冗余子模块数;

Wr a t e d为额定 桥臂能量. 当有 Nf 个子模块发生故障时, 故障桥臂的总 能量 Wu a为: Wu a=

1 2 C( Ns u m -Nf) U2 f d (

2 0 ) 式中: Uf d为故障桥臂子模块额定电压. 按照各桥臂能量相等的原理( Wu a=Wr a t e d) , 故 障桥臂子模块的额定电压可表示为: Uf d= Ns u m Ns u m -Nf Ud (

2 1 ) 子模块正 常运行时, Nf=0, 此时式(21) 也适用, 所以该策略同时满足子模块正常运行和子模块 故障时的情况, 控制系统的一致性好.冗余容错控 制策略如图3所示. 图3 冗余容错控制 F i g .

3 R e d u n d a n c yf a u l t - t o l e r a t e dc o n t r o l

5 子模块故障个数限制 考虑实际电容能承受的耐压有一定的限制且直 流侧需要足够的子模块维持直流电压, 子模块故障 个数必须满足如下限制条件. 限制1: 子模块电压小于子模块电容最大耐受 电压, 即Uf d<

Ut (

2 2 ) 式中: Ut 为子模块电容最大耐受电压. 将式(

2 1 ) 代入式(

2 2) , 可得出子模块故障个数 的取值范围为: Nf........