[發(fā)明專利]一種含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器的降頻控制方法

有效

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• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112134477B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 榮飛;孫宗卿;徐爽;潘烙;陳志忠;劉成
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/12
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本發(fā)明公開了一種含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器的降頻控制方法，該模塊化多電平換流器拓撲的每個橋臂由N個半橋子模塊、1個輔助子模塊和1個橋臂電感串聯(lián)而成，輔助子模塊采用全橋結(jié)構(gòu)，控制輔助子模塊電容電壓為半橋子模塊的1/2；對每個橋臂半橋子模塊采用最近電平逼近調(diào)制方式，輔助子模塊只在橋臂半橋子模塊投入的個數(shù)小于等于預(yù)設(shè)值時投入；輔助子模塊的正向投入和反向投入需根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)下輔助子模塊電容電壓的實際值和參考值之間的偏差和橋臂電流方向決定；本發(fā)明的控制方法可使串聯(lián)的輔助子模塊只在部分時間段進行投入，在增加MMC輸出電平數(shù)，降低模塊化多電平換流器輸出電壓諧波畸變率的同時，有效地降低了輔助子模塊的開關(guān)頻率，減小了系統(tǒng)的損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變流領(lǐng)域，特別涉及一種含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器的降頻控制方法。

背景技術(shù)

近年來，工業(yè)和經(jīng)濟的快速發(fā)展導(dǎo)致了能源的快速消耗，電能因其具有清潔、方便和可持續(xù)等優(yōu)勢受到了各國的青睞，但傳統(tǒng)的輸電方式的電壓等級和電能質(zhì)量逐漸不能滿足需求。隨著電力電子開關(guān)器件和控制技術(shù)的不斷進步，柔性直流輸電技術(shù)得已迅猛發(fā)展。模塊化多電平換流器(MMC)因其具有功率大、可靠性高、故障處理能力強和方便拓展等技術(shù)優(yōu)勢成為當(dāng)前直流輸電工程的首選方案。

常用的MMC調(diào)制策略主要包括最近電平逼近調(diào)制(NLM)和載波移相調(diào)制(CPS-PWM)策略。相比于CPS-PWM調(diào)制，NLM調(diào)制不需增加均壓控制器，具有控制簡單，開關(guān)頻率低和開關(guān)損耗小的顯著優(yōu)勢。但當(dāng)子模塊數(shù)較少時，MMC輸出電平數(shù)量減少，輸出電壓諧波畸變率會較高，使得電能質(zhì)量不能滿足輸電需求。

因此，對NLM調(diào)制在子模塊數(shù)較少時MMC輸出電壓的諧波畸變率高的問題的研究有重大意義。

基于傳統(tǒng)NLM在子模塊數(shù)較少情況下的不足，本發(fā)明提出一種含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器的降頻控制方法。與傳統(tǒng)的MMC相比，在每個橋臂中串聯(lián)一個全橋結(jié)構(gòu)的輔助子模塊，控制輔助子模塊的電容電壓為半橋子模塊的1/2，給出了輔助子模塊的降頻控制策略，在提高NLM調(diào)制下MMC輸出電平數(shù)，降低輸出電壓的諧波畸變的同時，還有效地降低了輔助子模塊的開關(guān)頻率，減小了MMC系統(tǒng)的損耗。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器的降頻控制方法，在增加MMC系統(tǒng)輸出電平數(shù)，降低輸出電壓的諧波畸變率的同時，降低了子模塊開關(guān)頻率和系統(tǒng)的損耗。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

(1)在傳統(tǒng)MMC三相六橋臂拓撲的基礎(chǔ)上，每個橋臂中都串聯(lián)一個全橋結(jié)構(gòu)的輔助子模塊；半橋子模塊的控制采用取整函數(shù)為floor()的NLM調(diào)制策略，控制輔助子模塊的電容電壓為半橋子模塊的1/2，輔助子模塊根據(jù)電容電壓實際值和參考值的偏差和橋臂電流方向，在每次半橋子模塊投入個數(shù)發(fā)生變化后進行正向或反向投入。

(2)輔助子模塊開關(guān)頻率的降低采用部分時間投入的降頻策略，只在橋臂半橋子模塊投入的個數(shù)小于等于預(yù)設(shè)值時，輔助子模塊再進行投入。

本發(fā)明的有益效果是：1)在MMC三相的每個橋臂中串入一個輔助子模塊，控制輔助子模塊的電容電壓為半橋子模塊的1/2，可以利用此輔助子模塊增加輸出電平，降低MMC輸出電壓的諧波畸變率，提高電能質(zhì)量；2)采用降頻策略可以降低輔助子模塊器件的開關(guān)頻率，降低了MMC系統(tǒng)對MMC子模塊開關(guān)器件性能的要求和成本，減小了系統(tǒng)的損耗。

附圖說明

圖1為含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖2為含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器上橋臂的降頻控制框圖；

圖3為含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器A相輸出電壓波形；

圖4為含有輔助子模塊的模塊化多電平換流器A相輸出電壓的畸變率；