[發明專利]模塊化多電平換流器不對稱雙子模塊中點電位均衡控制方法

有效

• 申請號: 201710264588.5
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106877718B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 李國杰;朱明琳;杭麗君;江秀臣
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種模塊化多電平換流器不對稱雙子模塊中點電位均衡控制方法，構成包括三相結構相同的多電平換流器，每相都由上橋臂和下橋臂構成，所述的上橋臂和下橋臂各由i個半橋對稱雙子模塊(HSM1～HSMi)與N-i個不對稱雙子模塊(SMi+1～SMN)串接組成，所述的上橋臂的第1個子模塊(HSM1)的自由端與多電平換流器的直流母線的正極相連，所述的下橋臂的第N個子模塊(SMN)的自由端與多電平換流器的直流母線的負極相連，所述的上橋臂的第N個雙子模塊(SMN)的自由端與下橋臂的第1個子模塊(HSM1)的自由端與交流線相連；

每個半橋子模塊(HSM)由兩個全控開關器件及反并聯二極管和一個直流電容構成：兩個全控開關器件串聯且形成子模塊的直流正負極，兩個二極管分別與所述的兩個全控開關器件反并聯，所述的直流電容與所述的兩個串聯的全控開關器件并聯，所述的兩個全控開關器件的連接點和第二全控開關器件的負極作端口串接在每相橋臂的電路中；

每個不對稱雙子模塊(SM)構成是：

第一二極管(D₁)與第一全控開關器件(T₁)反并聯、第二二極管(D₂)與第二全控開關器件(T₂)反并聯、第三二極管(D₃)與第三全控開關器件(T₃)反并聯、第四二極管(D₄)與第四全控開關器件(T₄)反并聯，所述的第一全控開關器件(T₁)和第二全控開關器件(T₂)串聯且形成不對稱雙子模塊的直流正負極，第一電容(C₁)和第二電容(C₂)串聯后與所述的串聯的第一全控開關器件(T₁)、第二全控開關器件(T₂)并聯，所述的第三全控開關器件(T₃)與第四全控開關器件(T₄)串聯，所述的第三全控開關器件(T₃)的另一端與第一電容(C₁)和第二電容(C₂)的連接點相連，所述的第四全控開關器件(T₄)的另一端與所述的不對稱雙子模塊的直流負極相連，第一全控開關器件(T₁)與第二全控開關器件(T₂)的連接點和第三全控開關器件(T₃)與第四全控開關器件(T₄)的連接點作為不對稱雙子模塊的端口串接在每相橋臂的電路中；其中，N為大于2的整數，i<N的整數；第k個不對稱雙子模塊的2個電容電壓信號輸出端與控制器對應的電容電壓信號測量入端相連；所述模塊化多電平換流器第k個不對稱雙子模塊的橋臂電流信號輸出端與所述控制器對應的橋臂電流信號測量輸入端相連，所述模塊化多電平換流器第k個不對稱雙子模塊的控制器的輸出控制信號分別控制T1～T4，其中T1與T4控制信號相同，為T2與T3控制信號相同，為其特征在于：所述的模塊化多電平換流器第k個不對稱雙子模塊中點電位均衡控制方法包括如下步驟：

步驟1，計算第k個不對稱雙子模塊第一電容的電壓控制量

1)直流參考電壓U_dcref除以每相上下橋臂所含模塊總數2N,減去后經一比例環節(P)輸出；

2)對第k個不對稱雙子模塊的兩個電容的電壓值和求差，經過比例積分PI控制器輸出；

3)上述比例環節(P)輸出量減去PI控制器輸出量后，和橋臂電流的符號相乘，得到第k個不對稱雙子模塊第一電容電壓的控制量如下面公式：

其中，和分別是第k個不對稱雙子模塊的第一電容和第二兩個電容的電壓值，sgn(i_jp)是橋臂電流的符號，當i_jp大于零時，sgn(i_jp)＝1；當i_jp小于零時，sgn(i_jp)＝-1；當i_jp等于零時，sgn(i_jp)＝0；k_p1是比例環節P控制器的比例系數，k_p、k_i分別是PI控制器的比例、積分系數，取值范圍0.1≤k_p1≤10，0.1≤k_p≤10，0.001≤k_i≤5；i_jp表示a、b、c三相橋臂電流，j＝a,b,c；

步驟2，計算不對稱雙子模塊第二電容的電壓控制量

1)模塊化多電平換流器直流參考電壓U_dcref除以每相上下橋臂所含模塊總數2N,減去后經一比例環節(P)輸出；

2)對模塊化多電平換流器第k個不對稱雙子模塊的第一電容的電壓值和第二電容的電壓值求差，經過比例積分PI控制器輸出；

3)上述比例環節(P)輸出量加上PI控制器輸出量后，和橋臂電流的符號相乘，得到第k個不對稱雙子模塊第二電容的電壓控制量如下面公式：

由以上兩式子，得到MMC第k個不對稱雙子模塊電容電壓的控制量；

步驟3，上述2個控制量由所述的控制器輸出，控制對應的第k個不對稱雙子模塊中的四個IGBT：T1～T4，其中，T1與T4的控制量為T2與T3的控制量為