[發(fā)明專利]一種用于MMC的子模塊電容電壓均衡控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109004814B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王翠;朱能飛;崔曉斌;楊小品;張興旺;曾瑄;歐陽俊銘
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌工程學院
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/32
• 代理公司: 深圳市深軟翰琪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44380
• 代理人: 黃美成

本發(fā)明公開了一種用于MMC的子模塊電容電壓均衡控制系統(tǒng)，包括MCU與采樣模塊；MCU包括模型解析單元、基本矢量作用時間計算單元、移相及循環(huán)控制單元、脈沖生成單元；采樣模塊采集的數(shù)據(jù)進入MCU中的模型解析單元；模型解析單元、基本矢量作用時間計算單元、移相及循環(huán)控制單元、脈沖生成單元依次連接；所述的MMC為三相模塊化多電平變換器，三相模塊化多電平變換器具有三相6個橋臂，每一個橋臂由n個子模塊級聯(lián)構(gòu)成；每一個橋臂連接有一個電感L；移相及脈沖生成單元產(chǎn)生2組脈沖分別控制MMC中的上橋臂和下橋臂。該系統(tǒng)易于控制，結(jié)構(gòu)簡潔，擴展性好，易于實施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子與自動控制領(lǐng)域中的模塊化多電平變換器(Modularmultilevel converter，簡稱MMC)的子模塊電容電壓均衡控制方法領(lǐng)域，涉及一種基于移相空間矢量調(diào)制的MMC子模塊電容電壓均衡控制系統(tǒng)，特指一種在α'-β'坐標下采用循環(huán)移相空間矢量調(diào)制策略實現(xiàn)MMC子模塊電容電壓均衡的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

MMC作為中高壓大功率變流器的一種非常受歡迎的電路拓撲，其主要優(yōu)點如下：高度的模塊化結(jié)構(gòu)，便于擴展系統(tǒng)容量和工業(yè)化生產(chǎn)；無需多路隔離的直流電源和輸出變壓器，簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)損耗；用低耐壓開關(guān)器件實現(xiàn)高壓多電平輸出，改善了輸出波形，降低了開關(guān)損耗；易于實現(xiàn)冗余控制，具有良好的可維護性、故障穿越及恢復能力。

MMC拓撲的輸入端采用公共直流母線，將能量分散存儲在各個子模塊的懸浮電容中，為了實現(xiàn)多電平輸出，串聯(lián)在同一橋臂上的各個子模塊采用分時導通或關(guān)斷控制，由于器件參數(shù)的離散性及不一致性，很容易導致電容電壓不平衡現(xiàn)象，嚴重時將出現(xiàn)部分子模塊的電容電壓過髙，造成系統(tǒng)過壓保護，甚至器件損壞等問題。因此，保持橋臂內(nèi)所有子模塊的電容電壓平衡是MMC控制的首要目標之一。

針對MMC儲能電容均壓控制，目前主要有分布式和集中式兩類控制方法。分布式電壓平衡控制是通過對各子模塊電容電壓進行獨立的閉環(huán)調(diào)節(jié)而實現(xiàn)的，當MMC的串聯(lián)子模塊數(shù)量增加時，電壓采樣模塊及閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊的數(shù)量隨之增加，將導致系統(tǒng)硬件成本大大提高，控制系統(tǒng)非常復雜，實現(xiàn)難度增加。

集中式電壓均衡控制(又稱排序算法)即對同一橋臂所有子模塊的電容電壓進行周期釆樣和排序，然后結(jié)合橋臂電流的方向和各個子模塊的當前狀態(tài)來選擇合適的子模塊進行導通和關(guān)斷控制。當MMC的串聯(lián)子模塊數(shù)量增加時，將給控制系統(tǒng)帶來沉重的計算負擔，甚至有可能限制MMC的最高等效開關(guān)頻率。因此，這種方法不適合模塊數(shù)很多的MMC系統(tǒng)。

基于開環(huán)的循環(huán)分配PWM信號的集中式電容電壓平衡控制方法如載波移相脈沖寬度調(diào)制(Carrier Phase Shifted Pulse-Width Modulation，簡稱CPSPWM)方法可以避免對各個子模塊電容電壓的周期采樣。由于采用CPSPWM時各個子模塊交替輸出，電容能量分布比較均衡，因此能較好的實現(xiàn)電容電壓均衡控制。但是實現(xiàn)CPSPWM需要大量的調(diào)制比較單元，當MMC的子模塊數(shù)量很多時尤其突出。

與載波移相調(diào)制方法相比，空間矢量調(diào)制(Space Vector Pulse-WidthModulation，簡稱SVPWM)方法具有開關(guān)頻率低、直流電壓利用率高、輸出波形諧波含量較小、易于數(shù)字實現(xiàn)等優(yōu)點受到許多專家學者的關(guān)注。但SVPWM方法被用于多電平變流器時，隨著電平數(shù)的增加，基本矢量數(shù)量大大增加，冗余開關(guān)狀態(tài)矢量也大大增加，開關(guān)狀態(tài)矢量的選擇及其作用時間計算極為復雜，導致SVPWM方法實現(xiàn)困難，特別是用于MMC的調(diào)制時，很難實現(xiàn)子模塊電容電壓均衡控制，因此SVPWM方法很不適合應(yīng)用于MMC。

因此，有必要設(shè)計一種新的MMC電容電壓均衡控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于MMC的子模塊電容電壓均衡控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)涉及的計算量小，易于實施。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：