[发明专利]一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法

说明书

本发明属于直流输电技术领域，具体地说，是一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法，包括子模块开关模型与环流计算模型的建立，以及环流计算的详细过程，运用电路理论对环流模型列写模块化多电平变换器各电气量的电压电流方程。通过分析模块化多电平变换器桥臂环流所满足的一阶微分方程，求解出桥臂环流的具体数学表达式，本发明详细推导了二倍频环流的计算，最终给出了具体的计算公式，同时避免了只考虑直流分量作为环流的计算结果，提高了环流计算的准确度。

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体地说，是一种任意电平模块化多电平变换器的环流计算方法。

背景技术

模块化多电平变换器(MMC)自2002年第一次提出后就引起世界各国学者的广泛关注，相比于传统的多电平变换器，模块化多电平变换器凭借高度模块化的设计使其具有良好的电压扩展能力与功率扩展能力且输出电压波形质量好，但模块化多电平变换器最大的优势还在于它具有公共直流母线，从而使三相桥臂之间能够进行能量交换，有利于三相平衡控制。

模块化多电平变换器的能量是分散存储在各个子模块(SM)电容中，理论上每个子模块参数是完全相同的，但实际由于电容参数的微小差异、子模块投入时间不同以及器件损耗等问题，造成模块化多电平变换器能量分配不均衡，而由于三相桥臂并联在直流侧的结构特性，从而会导致桥臂间产生环流。

目前针对桥臂间环流的分析计算，均考虑从模块化多电平变换器上下桥臂电流而间接的给出环流，并未详细地推导环流的具体表达式；或者只考虑公共直流侧在每相桥臂上所产生的直流分量，粗略的认为环流为直流侧电流的三分之一，但由于子模块直流侧电容与交流输出侧存在较复杂的耦合关系，因此简单地采用直流分量作为环流的计算结果会带来较大的误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种任意电平模块化多电平变换器(模块化多电平变换器)的环流计算方法，该方法从模块化多电平变换器子模块的工作原理出发，研究出模块化多电平变换器子模块的开关模型，利用开关函数代替子模块的开关状态，进而得出子模块的等效计算模型，以此简化模块化多电平变换器的电路结构；同时考虑模块化多电平变换器桥臂间环流作用并建立环流的计算模型，并运用电路理论对模块化多电平变换器各电气量列写电压电流方程，从而推导出桥臂环流具体的计算公式。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种任意电平模块化多电平变换器(模块化多电平变换器)的环流计算方法，具体包括以下步骤：

步骤一、建立模块化多电平变换器各子模块的等效计算模型：从每相桥臂子模块投入切除的工作原理着手分析，研究子模块的开关模型，并建立子模块的等效计算模型；

步骤二、建立模块化多电平变换器环流计算模型：利用步骤1的结论并结合模块化多电平变换器子模块级联的结构特性，将每相桥臂总的等效成N个子模块的数学模型，同时将桥臂环流考虑在内，建立环流计算的模型；

步骤三、以桥臂环流作为未知量，运用电路理论中的基尔霍夫定律对模块化多电平变换器各电气量列写电压电流方程，其中，模块化多电平变换器各电气量包括：模块化多电平变换器每相上下桥臂电流，上下桥臂电压，交流输出侧的电流，交流输出侧电压，直流侧电压，建立桥臂环流与模块化多电平变换器各电气量之间所满足的一阶微分方程关系；

步骤四、求解桥臂环流的一阶微分方程：考虑桥臂环流的交流分量，根据子模块的开关函数解决模块化多电平变换器子模块直流侧电容与其交流输出端口的耦合关系，从而计算出上、下桥臂子模块的电容电流，根据所得的电容电流求解出上、下桥臂子模块的电容电压，再次利用子模块的开关状态，将直流侧的电容电压耦合至交流侧，求解出模块化多电平变换器每相上、下桥臂电压，将上下桥臂电压代入环流的一阶微分方程中，求解一阶微分方程的解，即环流的具体表达式。