[发明专利]一种模块化多电平变流器环流控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平变流器的控制方法。

背景技术

模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是最近获得广泛关注的一种新型电力电子变流器，最早是由德国的A.Lesnicar和R.Marquardt在2002年左右提出的。模块化多电平变流器模块化且可以级联的结构决定了其特别适用于中压到高压电力电子变流的应用场合。关于模块化多电平变流器在工频运行状态下的控制方法，国内外相关研究机构已经进行了较多的研究。

如图1所示，三相模块化多电平变流器的基本拓扑结构是由三相六个桥臂构成，每相有上下两个桥臂。每个桥臂分别由一个桥臂电感和若干个结构相同的子模块级联而成。每个模块包括两个带反并联二极管的电力电子开关器件与一个直流电容。

在运行过程中，控制各模块开关器件的开通与关断，可使得各模块的直流电容接入桥臂中或被旁路。通过控制直流电容的接入或旁路，能够控制各桥臂电压，从而控制交流侧电压。

模块化多电平变流器各相交流侧电流等于上下桥臂电流之差，桥臂电流为实际通过开关器件的电流。对变流器单相桥臂电流进行分析，其可分解为两部分：

（1）由上下桥臂分别流入交流侧，不通过另外一个桥臂的上下桥臂差模分量i_dm，此部分完成变流器上下桥臂子模块电容与交流侧的能量交换，其可表达为：

i_dm＝(i_{up_y}-i_{down_y})/2＝i_{out_y}/2

其中i_{out_y}表示交流侧电流瞬时值，i_{up_y}表示上桥臂电流，i_{down_y}表示下桥臂电流,y=a,b,c,表示A、B、C三相。

（2）由直流侧流入上桥臂，不通过交流侧直接流入下桥臂，最后流回到直流侧的上下桥臂电流共模分量i_{com_y}，此部分完成直流侧与变流器上下桥臂子模块电容的能量交换，其可表达为：

i_{com_y}＝(i_{up_y}+i_{down_y})/2

在不考虑模块损耗的前提下，对变流器输入功率与输出功率进行分析，可以得到如下的关系式：

P_out＝∫u_{out_y}i_{out_y}dt＝P_in＝U_dc∫i_{com_y}dt

式中P_out表示上桥臂与下桥臂向负载提供的输出功率，P_in表示直流侧向上桥臂与下桥臂提供的输入功率。

上桥臂与下桥臂电流共模分量可以分为两部分：直流成分i_{com_dc_y}与交流成分i_{com_cir_y}

P_in＝U_dc∫i_{com_y}dt＝U_dc∫(i_{com_dc_y}+i_{com_cir_y})dt

＝U_dci_{com_dc_y}Δt+U_dc∫i_{com_cir_y}dt

从上式中可以看出，直流成分承载直流侧向桥臂输送功率的作用，为有效成分。交流成分在三相之间形成环流，因此又可以被称为环流分量。实际上环流分量会增大桥臂电流的有效值,进而增大损耗。即使不考虑环流导致的对器件额定容量要求的提高,如果对这个电流不加控制,也会引起系统暂态过程中的不平衡与扰动。