[發明專利]多級電容電壓波動抑制的固態變壓器及控制方法、設備

有效

• 申請號: 202010640988.3
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111917119B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 張建文;章一新;施剛;梁克靖;周劍橋;蔡旭;蔡小龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/36;H02M3/335
• 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: 徐紅銀

1.一種多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，包括：互聯的模塊化多電平變換器、隔離型雙向DC-DC變換器以及端口；

所述端口包括：中壓直流端口、中壓交流端口、低壓直流端口以及低壓交流端口；

所述低壓直流端口連接三相四橋臂逆變器；

所述模塊化多電平換流器的網側連接聯接變壓器，所述聯接變壓器與電網相連；

所述隔離型雙向DC-DC變換器的直流側輸入電流與所述模塊化多電平變換器的輸入電流相等，從而降低模塊化多電平子模塊電容電壓波動；

所述低壓交流端口用于通過調節低壓交流側的輸出電壓相位，以使傳遞至低壓直流側的二倍頻波動功率與低壓交流側因不平衡負載而產生的波動功率部分抵消，進而降低低壓直流母線電容電壓波動。

2.根據權利要求1所述的多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，所述模塊化多電平變換器的控制采用負序電流抑制控制；

所述隔離型雙向DC-DC變換器的控制采用定電壓控制及移相控制；

所述三相四橋臂逆變器的控制采用定交流電壓控制。

3.根據權利要求2所述的多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，所述隔離型雙向DC-DC變換器，其中控制環路由電壓控制，波動功率控制，移相角計算以及調制四部分組成，其中：

電壓控制根據低壓直流母線的電壓幅值，經低通濾波器濾除二倍頻波動分量，通過PI控制器輸出相應的直流輸出電流；

波動功率控制則根據采集到的橋臂子模塊電容電壓，采用PR控制器提取并控制電容電壓波動中的基頻和二倍頻分量，并輸出相應的波動輸出電流；

將得到的直流輸出電流與波動輸出電流疊加，經由移相角計算環節得到相應的輸出移相角；

調制部分則采用方波移相調制策略，輸出隔離型雙向DC-DC變換器所需的方波波形，實現直流功率和波動功率的傳遞；同一橋臂的各隔離型雙向DC-DC變換器單元采用相同的移相角進行方波調制。

4.根據權利要求2所述的多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，所述隔離型雙向DC-DC變換器的控制采用定電壓控制及移相控制，進一步包括：

采集MMC-SST各橋臂子模塊電容電壓u_capk,將其與參考值u_{capk_ref}作差后，經過比例諧振控制器，得到各橋臂隔離型雙向DC-DC變換器單元低頻附加電流控制信號i_{capk_ref}；其中，為實現對波動分量的抑制，選取子模塊電容額定電壓作為參考值；隔離型雙向DC-DC變換器采用單閉環定直流電壓控制，由低壓直流電壓確定隔離型雙向DC-DC變換器輸入參考電流i_{o_ref}；將得到的隔離型雙向DC-DC變換器附加電流控制信號i_{capk_ref}疊加至隔離型雙向DC-DC變換器輸入參考電流i_{o_ref}，得到各隔離型雙向DC-DC變換器單元實際輸出參考電流i_{k_ref}，并通過計算得到相應移相角。

5.根據權利要求2所述的多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，所述三相四橋臂逆變器，在相位控制中，采用pll鎖相環分別提取隔離型雙向DC-DC變換器輸出功率與四橋臂換流器出口功率中二倍頻分量的相位，兩者做差后經PI控制器得到輸出電壓參考值的初相角；定交流電壓控制采用ab0坐標系下基于準PR調節器的單電壓環控制，根據輸出電壓參考值確定調制電壓指令值；調制部分采用三維空間矢量調制，輸出各橋臂所需的PWM波形。

6.根據權利要求1所述的多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，所述隔離型雙向DC-DC變換器采用雙有源橋拓撲結構；進一步地，

所述聯接變壓器采用Y/△型變壓器。

7.根據權利要求1至6任一項所述的多級電容電壓波動抑制的固態變壓器，其特征在于，所述中壓交流端口用于連接交流電網；進一步地，

所述低壓交流端口用于連接用戶側負載。