[發明專利]基于工頻固定開關頻率模塊化多電平變流器的控制方法

有效

• 申請號: 201410067306.9
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103825478A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 劉進軍;杜思行;劉騰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及模塊化多電平拓撲結構中高壓電能質量控制器以及高壓直流輸電領域，尤其涉及一種基于工頻固定開關頻率模塊化多電平變流器的控制方法。

背景技術

隨著社會進步和工業發展，現代電力系統存在兩大特點：輸配電系統龐大，電力系統電壓和功率等級的不斷提升。首先，現代社會對電力的需求越來越多，為了滿足用戶對電力日益增長的需求，電力系統變得越來越龐大，覆蓋范圍也越來越廣闊。這給電力系統的穩定性帶來挑戰。同時，由于我國地域遼闊，但資源分布不平衡，為了提高長遠距離輸電的效率，高壓直流輸電（HVDC，high-voltage?direct?current）技術應用越來越廣泛。其次，現代電力系統的負載也有新的特點：電力電子裝置具有優越的性能，已經被工農業等消費產業大量采用。然而，電力電子裝置作為非線性負載，會向電網注入無功和諧波，隨著非線性負載容量的增大，其對配電系統的影響也越來越大，使系統存在不安全，不穩定隱患。對中高壓輸配電系統進行無功補償，可以有效改善電力系統的穩定性。不同供電系統之間通過高壓直流輸電系統（HVDC）互聯，可以解決系統不同步問題，也可以阻止故障在系統之間蔓延，是改善系統穩定性與可靠性的可行方法。

模塊化多電平變流器（MMC，Modular?Multilevel?Converter）自從提出之后就得到學者的廣泛的研究和工程師的強烈關注。模塊化多電平變流器具有諸多優點：模塊化設計、低開關頻率、低功耗、高質量的頻譜特性等。這些優點給模塊化多電平變流器的制造，安裝，維護帶來了巨大方便，也使得其不用網側變壓器直接掛入中高壓電網。現在模塊化多電平變流器已被應用于高壓直流輸電系統和中高壓電能質量控制系統，成為改善輸配電系穩定性與可靠性的有效方法。

隨著高壓大功率的不斷發展，工程應用中總希望模塊化多電平變流器具有更高的效率。其中最有效的一個方法就是減少半導體開關器件的開關頻率。然而，在實際應用中，開關頻率的降低會給調制策略以及電容電壓平衡控制帶來極大困難。針對模塊化多電平變流器所提出的許多調制策略與電容電壓平衡控制方法已不再適用。因此，需要一種新型的調制策略以及相應的電容電壓平衡控制方法來使得模塊化多電平變流器有效地工作在固定工頻開關頻率下。

針對模塊化多電平變流器低開關頻率下的控制方法問題，許多研究工作與成果已被提出。例如一種基于固定工頻開關頻率的調制策略，且能量在子模塊間的均勻分配是由周期性地移位脈沖波形來實現，但是該方法由于未考慮各子模塊能量損耗不同的問題而無法保證直流電容電壓平均值恒定。作為進一步的完善，還有學者提出了一種微調脈沖寬度的控制方法來保持電容電壓恒定，但是這種方法會增大輸出電壓的諧波含量。還有一類平衡電容電壓的方法是通過對電容電壓進行排序并由橋臂電流的極性來判斷是否對電容進行充放電。但是這類方法的問題是開關頻率較高且不固定。本文作者尚未看到針對基于工頻固定開關頻率模塊化多電平變流器的很好的控制策略。為此，還需要對基于工頻開關頻率模塊化多電平變流器的控制策略問題進行系統的研究。

發明內容

針對上述缺陷或不足，本發明的目的在于提供一種在工頻固定開關頻率下模塊化多電平變流器的調制策略以及相應的電容電壓平衡控制方法。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案為：

包括以下步驟：

1）、編制脈沖波形初始參數表：

1.1、根據一個工頻周期內脈沖波形的特征，設定表示該脈沖波形的一組參數為(γ_k,w_k)，其中，γ_k為脈沖波形中心點位置，w_k為半脈沖波形寬度；

1.2、將模塊化多電平變流器每個橋臂的子模塊分成若干組，每組中含有四個子模塊，且設每組中的脈沖波形包括s_k1，s_k2，s_k3，s_k4，其參數分別為(γ_k,w_k)，(-γ_k,π-w_k)，(-γ_k,w_k)，(γ_k,π-w_k)；

1.3、設定調制比m，將所設定的調制比m代入下列關系式，得到所設定的調制比m下的脈沖波形初始參數γ_k'、w_k'：