[發明專利]一種模塊化多電平換流器輸出諧波優化控制方法

有效

• 申請號: 202111322111.0
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114024459B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 鄧富金;蔣慧杰;張建忠
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/088
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 童楊益

本發明公開了一種模塊化多電平換流器(MMC)輸出諧波優化控制方法，首先計算優化的縮放系數ksubgt;opt/subgt;和優化的上下橋臂三角載波的移相角αsubgt;opt/subgt;。通過將三相MMC橋臂參考波乘以系數ksubgt;opt/subgt;，得到優化的橋臂參考波，使得子模塊電容電壓降低到優化的低電壓usubgt;c_opt/subgt;。將上橋臂N個三角載波和下橋臂N個三角載波的相位差設置為αsubgt;opt/subgt;，用來對參考波進行調制。當采用該優化方法時，在保證MMC在低子模塊電容電壓工作的前提下，不僅可以消除MMC輸出電流的等效開關頻率的奇數倍諧波及其邊帶諧波，還可以提高輸出諧波的最低頻率，有效改善電能質量，減小濾波器體積。

技術領域

本發明涉及一種模塊化多電平換流器輸出諧波優化控制方法，屬于大功率多電平電力電子變換器技術領域。

背景技術

由于模塊化的結構、靈活的可擴展性、低功率器件應力、高效率以及對濾波器的要求低等特點，模塊化多電平換流器(MMC)近年來在中高壓大功率工業應用領域得到了廣泛應用，例如高壓直流輸電系統，柔性交流輸電系統、中壓電機驅動、統一潮流控制器和電力電子變壓器等。

MMC的子模塊電容電壓降低控制方法有很多優點，它可以降低功率器件和子模塊電容的電壓應力，降低變換器損耗，提高功率器件和子模塊電容的可靠性。此外，它可以避免子模塊故障情況下和低頻運行條件下MMC的過壓，從提高MMC的可靠性。

針對MMC的子模塊電容電壓降低控制方法，現有技術僅僅關注了MMC的子模塊電容電壓降低控制方法的優勢，而忽略了該控制方法可能惡化MMC的輸出諧波特性。因此，針對MMC的子模塊電容電壓降低控制方法下MMC輸出諧波特性，需要提出一種優化的控制方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種模塊化多電平換流器輸出諧波優化控制方法，該方法通過計算縮放系數修正橋臂參考波，使得子模塊電容電壓降低到優化的低電壓，通過計算上下橋臂三角載波的移相角得到上下橋臂三角載波的相位。當采用該方法時，在保證MMC在低子模塊電容電壓工作的前提下，不僅可以消除MMC輸出電流的等效開關頻率的奇數倍諧波及其邊帶諧波，還可以提高輸出諧波的最低頻率，有效改善電能質量，減小濾波器體積。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種模塊化多電平換流器輸出諧波優化控制方法，所述模塊化多電平換流器的三相各包含上橋臂和下橋臂，每個所述上橋臂與下橋臂均包含數量相同的多個子模塊；所述的優化控制方法包括如下步驟：

(1)檢測所述模塊化多電平換流器三相輸出電壓和電流，并且計算調制度；

(2)計算優化的縮放系數和優化的上下橋臂三角載波的移相角；

(3)通過外環控制器、內環控制器和環流環控制器得到所述模塊化多電平換流器的上橋臂參考波與下橋臂初始參考波，并且均乘以系數，得到優化的上橋臂參考波與下橋臂參考波；

(4)通過將所述上橋臂參考波和上橋臂的三角載波進行比較，得到上橋臂投入的子模塊數目；通過將所述下橋臂參考波和下橋臂的三角載波進行比較，得到下橋臂投入的子模塊數目；子模塊電容電壓被調節為優化的低電壓。

可選地，所述步驟(2)中的系數的計算方法包括以下步驟：

根據所述調制度計算得到縮放系數k的范圍[1，k_max]，其中M為所述調制度；

根據k的范圍計算優化的縮放系數k_opt，所述的系數k_opt＝Max[1,1+1/N,1+2/N,···]，N為每個所述上橋臂或下橋臂的子模塊的個數。