[發明專利]具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路及其控制方法

在審

• 申請號: 202011023795.X
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112134455A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李武華;盛景;方恒;李楚杉;嚴輝強;龔清苑;姚文熙;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M7/483;H02M3/335
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路及其控制方法.本發明公開了一種多模塊串聯型變換器的自供電電路及其控制方法，自供電電路在取電電源低壓輸出側并聯均壓電路，該均壓電路由一個開關器件和一個低壓負載電阻串聯而成。其控制方法是在變換器的子模塊直流電容預充電期間，子模塊控制器或均勻控制器根據電容電壓自主控制取電電源輸出側負載電阻的功率大小來調整各個子模塊直流電容電壓，實現預充電期間子模塊直流電容電壓的均衡，保證了系統預充電成功。該均壓電路是在取電電源低壓輸出側進行配置，其電路簡單、控制方便、成本低，且無需總控制器參與，適用范圍更廣。在完成子模塊預充電進入運行狀態后，此均壓電路停止工作，以降低損耗。

技術領域

本發明屬于電力電子控制技術領域，具體涉及一種具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路及其控制方法。

背景技術

相比于傳統的兩電平、三電平換流器，新一代多模塊串并聯電路更適用于高電壓、大功率、大變比等電能變換場合，如模塊化多電平換流器(MMC)因其無需器件直接串聯、輸出波形質量好、器件開關頻率低、模塊化程度高等優勢成為高壓直流輸電、新能源并網、孤島供電等領域的首選拓撲之一。由于多模塊串聯型變換器子模塊數量眾多、電壓等級高、絕緣要求高，同時需具備黑啟動能力，子模塊的本地控制器輔助電源需要從子模塊直流電容上自供電，甚至某些場合中央控制器的供電也需要從高壓輸電電纜進行取電。在高壓直流母線上電時，需要對眾多串聯的子模塊直流電容進行預充電，而且取電電源的輸入接子模塊直流電容，取電電源將直流電容上的高壓轉換為低壓(一般為24V)后給子模塊的控制、驅動、采樣等電路供電。但是，如果對取電電源不加以額外控制，取電電源在工作過程中會引發子模塊直流電容電壓不均并震蕩發散，導致子模塊自供電失敗，從而導致整個系統預充電失敗，無法正常啟動。

針對上述均壓問題，現有報道中提供了一種給每個子模塊直流電容并聯合適的均壓電阻，在取電電源可工作的最低輸入電壓下，該并聯電阻消耗的功率需要大于取電電源本身消耗的功率，隨著子模塊直流電容電壓的上升，該并聯電阻消耗的功率將會與電壓的二次方呈線性關系上升，因此均壓電阻將會占用很大體積，消耗很大功率。此外，現有方法均依賴中央控制器外掛輔助電源先上電給子模塊控制器發送均壓參考值等指令來實現預充電期間的子模塊直流電容均壓，這一條件也限制了變換器在其所有控制器的取電都來自于輸入高壓母線的完全黑啟動場合下的應用。

發明內容

針對現有技術的均壓電路中的均壓電阻消耗功率較大，且完全依賴于中央控制器先上電，再由中央控制器對均壓電路進行控制，不適應于黑啟動場合的問題，本發明提出了一種具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路及其控制方法。本發明的自供電電路在取電電源低壓輸出側并聯均壓電路，該均壓電路由一個低壓開關器件和一個低壓負載電阻串聯而成，其控制方法是在變換器的子模塊直流電容預充電期間，均壓控制器根據電容電壓自主控制取電電源輸出側低壓負載電阻的功率大小來調整各個子模塊直流電容的電壓值，實現了多模塊串聯型變換器在預充電期間子模塊直流電容電壓的均衡，保證了系統預充電成功。該均壓電路是在取電電源低壓輸出側進行配置，其電路簡單、控制方便、成本低，且無需總控制器參與，適用范圍更廣。在完成子模塊預充電進入運行狀態后，此均壓電路停止工作，以降低損耗。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種具有自均壓能力的多模塊串聯型變換器自供電電路，包括取電電源、低壓開關器件、負載電阻和均壓控制器；

所述的取電電源的兩個輸入端分別與多模塊串聯型變換器中的直流電容正端和負端相連；所述的低壓開關器件的漏極或集電極與取電電源的正極輸出端相連，低壓開關器件的源極或發射集與負載電阻的一端相連，負載電阻的另一端與取電電源的負極輸出端相連；

所述的均壓控制器的電壓采樣端口與直流電容正端相連，均壓控制器的正極供電端口與取電電源的正極輸出端相連，均壓控制器的負極供電端、取電電源的負極輸出端、以及直流電容的負端三者相連，均壓控制器的控制端與低壓開關器件的柵極相連。