[發明專利]模塊化多電平變換器工作在準兩電平模式下的換流方法

在審

• 申請號: 202210710149.3
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN114793052A
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 高逍男;王銀忠;寇福林;張小奇;孫永健;李文杰;劉劍寧;趙軍
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司東營供電公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M1/14
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明提供了模塊化多電平變換器工作在準兩電平模式下的換流方法，具體執行步驟為：判斷本次換流所處階段。計算并判斷與的大小確定當前時刻橋臂子模塊應直接旁路（或插入）還是不動作。重復2直至換流過程結束。通過加“一次延遲”的方式可以輕松的判斷當前的子模塊應該被旁路（或插入）還是不動作。此外，所提的方法可以快速的完成換流過程，因為我們總是讓“一個延遲”盡可能的發生在換流過程的早期，從而使環流的變化最大，進而使環流盡快達到參考值，完成換流過程。

技術領域

本發明涉及模塊化多電平變換器工作在準兩電平模式下的換流方法，屬于中壓驅動、電力電子能量變換技術領域。

背景技術

模塊化多電平變換器因其模塊化和易于擴展的特性在中壓電機驅動領域受到了廣泛的關注。然而，由于拓撲自身固有的缺陷，模塊化多電平變換器驅動電機低速運行時會引起較大的電容電壓波動，從而導致系統無法穩定運行。傳統的解決方案是注入高頻環流和共模電壓。然而，當系統工作在低速大負載的情況下，該方法無法對電容電壓波動進行有效地抑制。一種更為有效的電壓波動抑制方式是使模塊化多電平變換器工作在準兩電平模式。實現準兩電平工作模式的難點在于上下橋臂的切換過程，即，如何保證在橋臂切換完成時其相應的橋臂電流達到參考值。

為此，學術界提出了兩種解決方案來實現模塊化多電平變換器的準兩電平工作模式，即①內環高頻脈寬調制方法和②開環延時控制方法。內環高頻脈寬調制方法是利用更快的內環來對環流進行控制從而完成換流過程。環流通過比例或比例積分控制器進行控制從而得到相應的橋臂電壓參考值。該電壓參考值再經由高頻脈寬調制方法合成最終實現換流過程。開環延時控制方法則是通過延緩一個橋臂（上橋臂或下橋臂）子模塊的插入或旁路的時間來實現上下橋臂的換流過程。

①內環高頻脈寬調制方法：該方法并不能保證以最快的方式完成換流，而這將引起換流過程中電容電壓較大的波動。

②開環延時控制方法：該方法本質上是一種開環控制方法，通過提前計算好需要延時的周期數以及在第幾個子模塊采取延時來實現上下橋臂換流的同時相應的橋臂達到參考值。因為是開環控制，所以這種方法無法在換流的過程中根據當前的橋臂電流情況實時進行調整，而這會帶來系統控制性能的下降。

發明內容

本發明目的是提供了模塊化多電平變換器工作在準兩電平模式下的換流方法，保證了快速完成換流的同時對換流過程實現閉環控制從而提升系統在換流過程中的控制性能。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：

步驟1：確定上橋臂子模塊的行為模式為每個子模塊將在每個延時周期逐步插入到電路中，在每個控制周期內判斷下橋臂的子模塊應該直接旁路還是延遲旁路，延遲旁路即當前周期不動作。

步驟2：將上橋臂的插入指數從當前的插入數變為，表示有一個子模塊插入電路；而下臂的插入指數在直接旁路的情況下從當前插入數變為或在延遲旁路情況保持在，并在下個周期加入一個延遲。

步驟3：求得基于一個延遲的兩種操作方式的環流最終值：

其中，表示下臂子模塊延時一個周期再依次旁路的環流最終值，表示下臂子模塊當前周期先旁路并在下一控制周期延時一個周期后再依次旁路的環流最終值，

N為每個橋臂所包含的子模塊數量，是單位延時周期，為模塊化多電平直流母線側的電壓，為橋臂電感，為當前時刻k的環流值，k表示當前時刻。

步驟4：求得環流最終值與期望值的誤差，具體公式如下：

式中：輸出電流，如果說明下橋臂子模塊應該延遲一個周期，而如果則表示當前子模塊應該直接旁路。