[發明專利]一種基于載波移相調制的多電平變換器變頻運行控制方法

在審

• 申請號: 201610579792.1
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN107645249A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 申茂軍
• 申請（專利權）人: 申茂軍
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種多電平變換器，尤其涉及一種基于載波移相調制的多電平變換器變頻運行控制方法。

背景技術

近年來，多電平變換器以電壓等級高、諧波特性好等優勢在中高壓大功率領域得到廣泛應用。其中，模塊化多電平變換器(modular multilevel converter，MMC)在具有傳統多電平變換器優點的同時，以其高度模塊化的直接級聯結構、可背靠背四象限運行且無需體積龐大的隔離變壓器等特點獲得了眾多專家學者的關注，成為多電平變換器技術領域的研究熱點。自2001年MMC拓撲提出以來，各國專家學者針對其建模分析、調制策略、子模塊電容電壓平衡控制、環流抑制、故障診斷及保護等方面發表了大量的學術論文。

到目前為止，MMC相關的研究及應用大多集中在高壓直流(high-voltage direct current，HVDC)輸電、新能源并網、無功補償等工頻運行工況[12-17]。若將MMC用作大功率交流電機驅動，相比于級聯H橋型多電平變換器，不僅能省去大量體積龐大的隔離變壓器，而且便于實現系統四象限運行。然而，MMC存在低頻運行時子模塊電容電壓波動加劇的固有問題，為確保其作為電機驅動時正常可靠運行，MMC在變頻工況下的運行控制方法亟待完善。

MMC的輸出電壓由其子模塊(sub-module，SM)電容電壓作為支撐，因此維持子模塊電容電壓平衡是保證變換器平穩運行的前提條件。由于MMC的子模塊電容是懸浮的，在運行過程中橋臂電流會周期性地對電容充放電，導致電容電壓出現波動。

發明內容

為了克服多電平變換器控制中的難題，本發明提出一種基于載波移相調制的多電平變換器變頻運行控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明設計一種通過注入高頻共模電壓和高頻環流來抑制低頻工況電壓波動的方法，并基于此方法提出MMC變頻運行時子模塊電壓平衡控制策略，在電機全速段內將電容電壓波動限制在較小范圍。

基于載波移相調制的多電平變換器變頻運行控制方法，包括MMC拓撲、載波移相調制技術、子模塊電容電壓控制三個部分。

所述MMC拓撲包括上、下兩個橋臂和兩個抑制環流的緩沖電感，其中每個橋臂由N個子模塊直接串聯構成。

所述載波移相調制技術給出使MMC輸出N+1和2N+1兩種電平相電壓的實現方式。

所述子模塊電容電壓控制包括環流控制和電壓平衡控制兩個部分。

本發明的有益效果是：本發明針對MMC低頻運行工況，通過建模分析其子模塊電壓波動劇烈的原因，進而從維持上、下橋臂功率動態平衡的角度出發，提出一種基于注入高頻共模電壓及高頻環流的低頻電壓波動抑制方法，使MMC變頻工況下在低頻段正常工作。能夠在保證系統正常可靠運行的同時，在低開關頻率下獲得優良的輸出諧波特性，且諧波性能隨著MMC級聯度增加而改善。

附圖說明

圖1系統主電路。

圖2子模塊電路。

圖3環流控制。

圖4電壓平衡控制。

圖5控制結構及其框架。

具體實施方案

圖1和圖2中，MMC每相包括上、下兩個橋臂和兩個抑制環流的緩沖電感，其中每個橋臂由N個子模塊直接串聯構成。子模塊采用半橋結構，其直流側電壓通過子模塊電容CSM支撐，端口A和端口B用以與主電路連接。。通過對各子模塊中上、下兩個開關器件S1、S2的控制，可以將子模塊電容投入或切除主電路。當S1開通、S2關斷時，電容投入主電路，子模塊工作在投入狀態；當S1關斷、S2開通時，電容被旁路，子模塊工作在切除狀態。因此，MMC每個橋臂都可以等效為獨立電壓源，當子模塊電容電壓平衡時，變換器各相交流側輸出電壓電平可通過該相上、下橋臂投入子模塊的數量來擬合。對于各橋臂N個子模塊的MMC，根據調制策略不同，其交流側可輸出N+1或2N+1個電平相電壓。