[發(fā)明專利]一種模塊化多電平變換器低頻運(yùn)行狀態(tài)下的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911030745.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN110829870B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱鍵;盧浩;杭麗君;何遠(yuǎn)斌;沈磊;張堯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發(fā)明提出了一種模塊化多電平變換器低頻運(yùn)行狀態(tài)下的控制方法，本發(fā)明首先對(duì)MMC系統(tǒng)參數(shù)變量進(jìn)行定義，接著對(duì)MMC進(jìn)行建模，最后針對(duì)模塊電容電壓波動(dòng)提出控制方法；本方法降低了控制的復(fù)雜度，對(duì)控制器的穩(wěn)定性影響比較小；且思路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種關(guān)于模塊化多電平變換器(MMC)在低頻運(yùn)行狀態(tài)下的控制方法，用于MMC變換器在低頻運(yùn)行時(shí)子模塊電容電壓波動(dòng)的抑制和降低橋臂電流的幅值。

背景技術(shù)

由于模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converters,MMC)具有模塊數(shù)量多的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此其損耗較低，器件所受的電壓應(yīng)力小，EMI特性比較好，可靠性高，維護(hù)方便，其在中高壓輸配電及中大功率變頻器驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中受到了越來越多的關(guān)注。

針對(duì)MMC在低頻運(yùn)行時(shí)，其子模塊電容電壓存在波動(dòng)較大的問題，主要利用獨(dú)立控制法、高頻共模電壓法與環(huán)流注入法來抑制。這也增加了模型的控制復(fù)雜度，使系統(tǒng)響應(yīng)變慢，高頻環(huán)流的注入依賴于電感L的實(shí)際值，控制效果不佳。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)子模塊電容電壓的波動(dòng)進(jìn)行有效控制和降低橋臂環(huán)流的幅值對(duì)MMC的優(yōu)化顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決MMC在低頻運(yùn)行時(shí)其子模塊的電容電壓的波動(dòng)較大的問題，提出了一種三次諧波結(jié)合高頻方波共模電壓和正弦波環(huán)流的混合注入的方法(三次諧波混合注入法)，提出了一種模塊化多電平變換器低頻運(yùn)行狀態(tài)下的控制方法，其原理是參考空間矢量調(diào)制法，對(duì)工頻調(diào)制波與要注入的高頻環(huán)流分別疊加三次波。該方法的提出主要包括以下步驟：

步驟1，對(duì)MMC系統(tǒng)參數(shù)變量進(jìn)行定義；

設(shè)S_ki為k相第i個(gè)子模塊的開關(guān)函數(shù)k＝a,b,c，橋臂子模塊的電容電壓參考值為U_c，子模塊和橋臂電容個(gè)數(shù)分別為2N，直流母線電壓為U_dc，子模塊電容電壓函數(shù)為U_smki，n_kp、n_kn分別為k相上下橋臂的開關(guān)調(diào)制函數(shù)，k相上下橋臂等效電壓為U_kp、U_kn，I_diffk為MMC的k相橋臂環(huán)流，橋臂電感為L_arm。R為橋臂等效電阻，i_kp、i_kn分別為k相上下橋臂電流，U_s為MMC輸出電壓，i_ks為輸出電流，R_o為輸出等效電阻，L_o為輸出濾波電感，U_ks為三相電網(wǎng)電壓；

步驟2，對(duì)MMC進(jìn)行建模

MMC每個(gè)橋臂子模塊等效為一個(gè)交流電壓源，建立MMC的開關(guān)平均模型。由基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律得到以下關(guān)系式：

令U_diffk為橋臂環(huán)流電壓，則：

根據(jù)MMC等效電路得到：

U_kp-U_kn＝2U_s+U_diffk (s6)

U_kp+U_kn＝U_dc-2U_diffk (s7)

定義輸出相電壓U_s與輸出電流i_ks的表達(dá)式為：

并定義系統(tǒng)的調(diào)制比M為：