[發明專利]一種模塊化多電平變換器損耗優化控制方法

有效

• 申請號: 202110095246.1
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112886840B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 鄧富金;蔣鵬遠;趙紀峰
• 申請（專利權）人: 東南大學溧陽研究院;東南大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/5387;H02M7/483;H02J3/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明涉及一種模塊化多電平變換器損耗優化控制方法，以模塊化多電平變換器子模塊下開關和二極管損耗最小化為目標，根據給定的有功功率和無功功率，結合模塊化多電平變換器的功率平衡關系、功角關系和環流數學模型得到橋臂電流的表達式；在二次環流注入的幅值和相位的約束條件下，根據功率損耗公式得到各種不同二次環流電流下子模塊中四個功率器件的不同的損耗值，選取最大值構建數據集，在數據集中找一個最小的損耗值，選取這個損耗值的二次諧波幅值和相位為最優的二次環流的幅值和相位，將對應的最優的二次環流注入到三相中。本發明不僅能夠減小損耗最大功率器件的損耗值，還能減小橋臂電流的峰值，提高系統的可靠性。

技術領域

本發明屬于多電平電力電子變換器技術領域，具體涉及一種基于基于諧波環流注入的模塊化多電平換流器損耗優化控制方法。

背景技術

模塊化多電平變換器是由R.Marquardt教授首先提出的一種具有中高壓和大功率應用潛力的拓撲結構。與傳統的電壓源變換器相比，模塊化多電平變換器具有低諧波、可擴展性和低開關損耗等特點。

系統的可靠運行是模塊化多電平變換器是一個重要的指標，功率器件對變換器的可靠性起著重要的作用。模塊化多電平變換器包含許多子模塊，每個子模塊包括多個功率器件。每個子模塊中這些功率器件之間的功率損耗通常是不同的。另外，隨著模塊化多電平變換器的運行狀態變化，子模塊中的功率器件的功率損耗也會發生變化。功率器件的功率損耗會影響子模塊中每個功率器件的性能，從而影響模塊化多電平變換器整體的可靠性。

針對模塊化多電平變換器子模塊功率開關管的損耗優化控制問題，常規方法是通過改變變換器子模塊的拓撲、優化調制策略、損耗和電容電壓的多目標控制等方法來調節子模塊的損耗，但是上述方法會增加硬件系統和算法的復雜度，影響電能的輸出質量，增大系統的運行成本。

發明內容

本發明正是針對以上問題，提出一種新的模塊化多電平變換器子模塊的損耗優化控制方法，一方面保證不影響電能質量輸出性能的前提下不增加系統的硬件系統和算法的復雜度，另一方面保證系統的成本不增加的前提下實現模塊化多電平變換器的安全可靠運行。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案如下：

本發明提出一種基于諧波環流注入的模塊化多電平變換器損耗優化控制方法，包括以下步驟：

(1)、以模塊化多電平變換器子模塊下開關和二極管損耗最小化為目標，根據給定的有功功率和無功功率，結合模塊化多電平變換器的功率平衡關系和功角關系得到網側電流i_a和直流測電流i_dc，根據環流數學模型得到橋臂電流的表達式；

(2)、在二次環流注入的幅值和相位的約束條件下，根據功率損耗公式得到每種橋臂電流下子模塊中四個功率器件的不同的損耗值；

(3)、選取每種橋臂電流下四個功率器件中損耗最大的值，構建各個橋臂電流情況下損耗最大值的數據集；

(4)、在數據集中尋找一個最小的損耗值，選取這個損耗值對應的二次諧波幅值和相位為最優的二次環流的幅值和相位，將對應的最優的二次環流注入到三相中，以實現降低子模塊中損耗最大的功率器件的損耗。

進一步的，本發明所提出的基于諧波環流注入的模塊化多電平變換器損耗優化控制方法，步驟(1)中，模塊化多電平變換器橋臂電流的獲取，具體子步驟如下：

步驟101、忽略變換器的損耗，由變換器交直流有功功率相等法則，得到直流側電流i_dc：

i_dc＝P/V_dc，

式中，P和V_dc分別為變換器傳輸的有功功率和變換器直流側電壓；