[發明專利]級聯H橋矩陣換流器的控制方法和裝置

在審

• 申請號: 201710445829.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107493026A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 丁士長;劉宗燁;蔡林海;鄧占鋒;劉海軍;魯開中;汪大洋;孫雅旻;袁敞;肖湘寧
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力公司信息通信分公司;全球能源互聯網研究院有限公司;華北電力大學;國家電網公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 吳黎

技術領域

本發明涉及電力電子控制技術領域，具體涉及到一種級聯H橋矩陣 換流器的控制方法和裝置。

背景技術

級聯H橋型模塊化多電平矩陣換流器(H-bridge Modular Multilevel Converter，HB-M3C)是一種新穎的多電平矩陣變換器，其由9個橋臂構成， 每個橋臂由多個子模塊級聯而成。通過控制各個橋臂中各個子模塊的投入 和切除，可以分別在輸入側與輸出側調制產生正弦電壓波形。相對于傳統 矩陣變換器，HB-M3C具有較高的電壓利用率、易于建造和安裝模塊化結 構，并能夠實現無功補償。級聯H橋型模塊化多電平換流器非常適用于高 壓大容量電機拖動以及變頻輸電等領域。

如圖1所示，級聯H橋模塊化多電平矩陣變換器由9個橋臂組成，每 個橋臂由若干子模塊級聯而成圖1中示出了每個橋臂由兩個子模塊級聯而 成。級聯H橋模塊化多電平矩陣變換器通過控制子模塊的開斷來控制其輸 出。其中，輸出狀態包括正常輸出狀態和非正常輸出狀態。

現有技術中，采用空間矢量調制算法控制各個子模塊的開斷，在對各 個子模塊的控制時利用查找事先將所有的正常輸出狀態進行窮舉，并以輸 入側矢量、輸出側矢量以及電流方向作為索引條件制作的開關表進行控制。 理論上，N個級聯的矩陣變換器有4^9N種輸出狀態(即4^9N種開關組合)，隨 著級聯數N的增加，開關組合數成指數倍增加，例如，當N＝5時，其開關 數的數量級可達到10²⁷，假設每個元素占用1Byte存儲空間，其開關表所占 的空間大概為8*10¹⁸GB的存儲空間。過多的級聯數導致開關表所占用的存 儲空間巨大，由于存儲設備存儲能力的限制，可能導致查詢開關表的方法 無法實現，或實現空難，其次，由于開關表的數據過于龐大，可能在龐大 的數據庫中查詢各個子模塊的開關狀態時，需要處理的數據量過大，導致 其控制反應慢。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于較為靈活的控制級聯H橋型模塊化多電 平矩陣換流器。

為此，根據第一方面，本發明實施例提供了一種級聯H橋矩陣換流器 的控制方法和裝置，包括：獲取用于表征級聯H橋矩陣換流器非正常輸出 狀態的短路支路元素；獲取用于表征級聯H橋矩陣換流器正常輸出狀態的 電容支路元素；根據短路支路元素和電容支路元素生成用于控制級聯H橋 矩陣換流器的輸出狀態的開關矩陣；對開關矩陣進行譯碼生成用于驅動級 聯H橋矩陣換流器的脈沖觸發信號。

可選地，獲取用于表征級聯H橋矩陣換流器非正常輸出狀態的短路支 路元素包括：獲取輸入側電壓空間矢量和輸出側電壓空間矢量；對輸入側 電壓空間矢量和輸出側電壓空間矢量進行異或運算，生成開關矩陣中短路 支路元素。

可選地，獲取用于表征級聯H橋矩陣換流器正常輸出狀態的電容支路 元素包括：獲取輸入側零矢量占空比和輸出側零矢量占空比；比較輸入側 零矢量占空比和輸出側零矢量占空比的大小；選擇零矢量占空比大的一側 電壓瞬時值達到最大的第一相電作為該側單電容控制的第一電容編號；選 擇另一側瞬時值達到最大且與第一相電的極性相反的第二相電作為另一側 單電容控制的第二電容編號；將第一電容編號和第二電容編號添加至開關 矩陣中對應的元素得到電容支路元素。

可選地，獲取輸入側電壓空間矢量和輸出側電壓空間矢量包括：分別 獲取輸入側和輸出側的三相電壓矢量；將三相電壓矢量進行坐標變換得到 兩相靜止坐標系下輸入側電壓空間矢量和輸出側電壓空間矢量。

可選地，獲取輸入側零矢量占空比和輸出側零矢量占空比包括：分別 計算與輸入側電壓空間矢量和輸出側電壓空間矢量同一周期內相鄰相電壓 矢量的占空比；根據相鄰相電壓矢量的占空比分別計算得到輸入側零矢量 占空比和輸出側零矢量占空比。

根據第二方面，本發明實施例提供一種級聯H橋矩陣換流器的控制裝 置，包括：第一獲取模塊，用于獲取用于表征級聯H橋矩陣換流器非正常 輸出狀態的短路支路元素；第二獲取模塊，用于獲取用于表征級聯H橋矩 陣換流器正常輸出狀態的電容支路元素；生成模塊，用于根據短路支路元 素和電容支路元素生成用于控制級聯H橋矩陣換流器的輸出狀態的開關矩 陣；譯碼模塊，用于對開關矩陣進行譯碼生成用于驅動級聯H橋矩陣換流 器的脈沖觸發信號。

可選地，第一獲取模塊包括：第一獲取單元，用于獲取輸入側電壓空 間矢量和輸出側電壓空間矢量；異或運算單元，用于對輸入側電壓空間矢 量和輸出側電壓空間矢量進行異或運算，生成開關矩陣中短路支路元素。