[發明專利]面向港口供電的電力電子變壓器拓撲及其控制方法

有效

• 申請號: 202010155939.0
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111371117B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 孫毅超;鄢寅宇;張金龍;曹澤宇
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/483;H02M3/335
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種面向港口供電的電力電子變壓器拓撲的控制方法，其特征在于，M3C電力電子變壓器拓撲包括輸入級、中間級和輸出級；

拓撲的輸入級為包括三相輸入和三相輸出的M3C結構；所述M3C結構的各相輸入端口上串聯有輸入電感L_i，各相輸出端口上串聯有輸出電感L_o；所述M3C結構的三相輸入與三相輸出之間通過9個橋臂連接，每個橋臂的結構相同，包括串聯連接的n個子模塊和一個橋臂電感L，n為正整數；每一子模塊是由4個絕緣柵雙極型晶體管IGBT、4個續流二級管和一個并聯電容構成的H橋式電路；

拓撲的中間級包括多個雙有源全橋電路DAB；各DAB包括：用于將高壓直流電壓逆變成交流電的H橋式逆變電路、將低壓交流電壓整流成低壓直流電的H橋式整流電路和用于連接所述H橋式逆變電路及所述H橋式整流電路的高頻隔離變壓器；各DAB與輸入級的各子模塊一一對應；每一DAB的H橋式逆變電路的輸入端并接在對應子模塊中并聯電容的兩端上；所有DAB的H橋式整流電路的直流輸出端并聯構成所述拓撲的中間級的直流輸出端口；

拓撲的輸出級包括與所述拓撲的中間級的輸出端口相連的三相逆變器；

包括以下步驟：

(1)對拓撲結構的輸入級M3C的能量平衡采用雙閉環控制，所述雙閉環控制為電壓外環控制和電流內環控制；通過所述電壓外環控制實現所述M3C結構的整體能量平衡，得到各橋臂電流的參考值；通過所述電流內環控制得到各橋臂電壓參考值；基于各橋臂電壓的參考值，進而得到控制所述拓撲的輸入級的各子模塊中各IGBT開通關斷的PWM信號；

(2)對拓撲的中間級采用雙閉環控制，以實現所述拓撲的中間級中各DAB之間的能量平衡；

(3)對拓撲的輸出級采用三次諧波注入的PWM控制，在所述三相逆變器的三相正弦調制信號中注入三次諧波，以提高電壓利用率從而實現對低壓直流電的逆變；

所述步驟(1)中，通過所述電壓外環控制實現所述M3C結構的整體能量平衡，得到各橋臂電流的參考值，具體包含以下子步驟：

(111)測量所述M3C結構的所有子模塊的電容電壓值，算出所述M3C結構的整體電容電壓值u_c-t，再通過低通濾波器FL，除去交流波動，得到經濾波電容電壓值U_C；

(112)將步驟(111)得到的經濾波電容電壓值U_C與電壓參考值u_ref比較，經過比例積分控制后得到所述M3C結構的輸入電流的參考值i^*_x，x＝A,B,C為所述M3C結構的三相輸入的各相標號；

(113)基于所述M3C結構輸出側的有功功率參考值P^*和無功功率參考值Q*，算出所述M3C結構的輸出電流的參考值i^*_y，y＝a,b,c為所述M3C結構的三相輸出的各相標號；

(114)根據所述M3C結構的對稱性，基于所述M3C結構的輸入電流和輸出電流的參考值i^*_x和i^*_y，通過下式計算得到所述M3C結構中各橋臂電流的參考值i^*_xy：

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述輸入級M3C的三相輸入和三相輸出分別連接海上風電廠與陸上電網。

3.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述H橋式逆變電路和所述H橋式整流電路各自均包括兩個并聯橋臂支路，每一并聯橋臂支路包括兩個串聯的IGBT；所述H橋式逆變電路的輸入端和輸出端分別從其所包括的并聯橋臂的兩端點和兩中點引出；所述H橋式整流電路的輸入端和輸出端分別從其所包括的并聯橋臂的兩中點和兩端點引出。

4.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述拓撲的中間級的輸出端口為低壓直流輸出端口。

5.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述三相逆變器為三相四橋臂逆變器，接在拓撲的中間級的直流輸出端口之后，包括4條并聯支路，每條并聯支路是由兩個IGBT首尾相連構成；所述三相四橋臂逆變器的輸出端口為低壓交流輸出端口。