[發明專利]一種任意有功工況下恒速率均壓的模塊化多電平變換裝置

有效

• 申請號: 202110443643.3
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN112994496B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 王映波;周凌博;張凱;蓋忠偉;魏彥;張家貴;吳小麗;程林林;蘇錦宏;王俊炎
• 申請（專利權）人: 武漢杭久電氣有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

本發明提供了一種任意有功工況下恒速率均壓的模塊化多電平變換裝置，包括：直流側電路，交流側電路，模塊化多電平變換裝置主電路，調理單元，霍爾單元和控制單元；直流側電路和交流測電路均與主電路電性連接；主電路通過光纖與控制單元電性連接；控制單元與調理單元電性連接；霍爾單元和控制單元與調理單元電性連接；控制單元執行環路控制算法，從而實現對獨立環路均壓動態特性與有功傳輸的解耦，并大幅提升控制參數魯棒性，解決了模塊化多電平變換器運行于低有功工況下均壓動態性能差的問題。

技術領域

本發明涉及電子電路領域，尤其涉及一種任意有功工況下恒速率均壓的模塊化多電平變換裝置。

背景技術

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter, MMC) 自提出以來，因其良好的可拓展性，較低的器件開關頻率，較高的輸出波形質量等特點，在電壓源換流站、柔性直流輸電等高壓應用場合和中低壓配電網、電力拖動等中低壓應用場合得到了廣泛的應用。此外，模塊化多電平變換器因為子模塊的存在，還具有多種具備應用前景的衍生拓撲，如混合型模塊化多電平變換拓撲等。

對于MMC，由于其包含眾多的懸浮子電容，而輸出波形的質量直接與懸浮子電容的電壓水平相關，因此子模塊電容均壓問題屬于MMC技術中的重要技術領域。現有的主流技術路徑主要分為兩大類：一是電容電壓排序算法；二是子模塊獨立環路控制。前者主要用于高壓場合下，而后者因為固定的開關頻率特性、均壓效果良好和實現簡便等優點在中低壓應用場合下得到廣泛應用，并且在實際使用中一般結合PWM方法產生開關信號。

在眾多PWM調制技術中，載波移相調制（Phase-Shifted Carrier PWM, CPS-PWM）由于在各載波對應的開關信號間具有高對稱特性而在多電平變換拓撲中被廣泛應用。現有的多數子模塊獨立環路控制策略均是基于CPS-PWM調制。對于子模塊獨立環路控制，因為其結構的簡單性，已存在的若干獨立環路控制策略在原理上均具備較高的重復性。對于現有的獨立環路控制方法，在正常工況下，MMC裝置均有較好的穩態均壓特性。然而，在系統有功功率較低的情況下，傳統的子模塊獨立環路控制方法的均壓動態特性將受到很大影響，如果此時出現較為明顯的子模塊電容偏差，均壓控制環路將很難在短時間內使系統回到正常工作狀態。這使得現有相關技術將在該工況下受到限制。

綜上所述，現有采用子模塊獨立環路控制技術的模塊化多電平變換裝置在低有功工況下將存在子模塊均壓能力差、均壓動態特性不佳的缺陷。

發明內容

有鑒于此，針對以上技術問題，本發明提供了一種任意有功工況下恒速率均壓的模塊化多電平變換裝置，具體包括以下：

直流側電路，交流側電路，模塊化多電平變換裝置的主電路，調理單元，霍爾單元和控制單元；直流側電路和交流測電路均與主電路電性連接；主電路通過光纖與控制單元電性連接；控制單元與調理單元電性連接；霍爾單元和控制單元與調理單元電性連接；所述控制單元采用環路控制方法。

進一步地，主電路一共三相，每相包含兩個橋臂，分別為上橋臂SM_pi和下橋臂SM_ni；每個橋臂由N個半橋型子模塊和一個橋臂電感L組成；i為半橋臂編號，i=1，2，3…,N。

進一步地，所述半橋型子模塊具體包括：第一開關管、第二開關管、第一開關管和第二開關管分別對應的反并聯二極管和懸浮電容。

進一步地，所述控制單元包括：

一個系統控制環節；

三個加法器，分別為第一加法器、第二加法器和第三加法器；

兩個乘法器，分別為第一乘法器和第二乘法器；