[发明专利]级联H桥矩阵换流器的控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，具体涉及到一种级联H桥矩阵 换流器的控制方法和装置。

背景技术

级联H桥型模块化多电平矩阵换流器(H-bridge Modular Multilevel Converter，HB-M3C)是一种新颖的多电平矩阵变换器，其由9个桥臂构成， 每个桥臂由多个子模块级联而成。通过控制各个桥臂中各个子模块的投入 和切除，可以分别在输入侧与输出侧调制产生正弦电压波形。相对于传统 矩阵变换器，HB-M3C具有较高的电压利用率、易于建造和安装模块化结 构，并能够实现无功补偿。级联H桥型模块化多电平换流器非常适用于高 压大容量电机拖动以及变频输电等领域。

如图1所示，级联H桥模块化多电平矩阵变换器由9个桥臂组成，每 个桥臂由若干子模块级联而成图1中示出了每个桥臂由两个子模块级联而 成。级联H桥模块化多电平矩阵变换器通过控制子模块的开断来控制其输 出。其中，输出状态包括正常输出状态和非正常输出状态。

现有技术中，采用空间矢量调制算法控制各个子模块的开断，在对各 个子模块的控制时利用查找事先将所有的正常输出状态进行穷举，并以输 入侧矢量、输出侧矢量以及电流方向作为索引条件制作的开关表进行控制。 理论上，N个级联的矩阵变换器有4^9N种输出状态(即4^9N种开关组合)，随 着级联数N的增加，开关组合数成指数倍增加，例如，当N＝5时，其开关 数的数量级可达到10²⁷，假设每个元素占用1Byte存储空间，其开关表所占 的空间大概为8*10¹⁸GB的存储空间。过多的级联数导致开关表所占用的存 储空间巨大，由于存储设备存储能力的限制，可能导致查询开关表的方法 无法实现，或实现空难，其次，由于开关表的数据过于庞大，可能在庞大 的数据库中查询各个子模块的开关状态时，需要处理的数据量过大，导致 其控制反应慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于较为灵活的控制级联H桥型模块化多电 平矩阵换流器。

为此，根据第一方面，本发明实施例提供了一种级联H桥矩阵换流器 的控制方法和装置，包括：获取用于表征级联H桥矩阵换流器非正常输出 状态的短路支路元素；获取用于表征级联H桥矩阵换流器正常输出状态的 电容支路元素；根据短路支路元素和电容支路元素生成用于控制级联H桥 矩阵换流器的输出状态的开关矩阵；对开关矩阵进行译码生成用于驱动级 联H桥矩阵换流器的脉冲触发信号。

可选地，获取用于表征级联H桥矩阵换流器非正常输出状态的短路支 路元素包括：获取输入侧电压空间矢量和输出侧电压空间矢量；对输入侧 电压空间矢量和输出侧电压空间矢量进行异或运算，生成开关矩阵中短路 支路元素。

可选地，获取用于表征级联H桥矩阵换流器正常输出状态的电容支路 元素包括：获取输入侧零矢量占空比和输出侧零矢量占空比；比较输入侧 零矢量占空比和输出侧零矢量占空比的大小；选择零矢量占空比大的一侧 电压瞬时值达到最大的第一相电作为该侧单电容控制的第一电容编号；选 择另一侧瞬时值达到最大且与第一相电的极性相反的第二相电作为另一侧 单电容控制的第二电容编号；将第一电容编号和第二电容编号添加至开关 矩阵中对应的元素得到电容支路元素。

可选地，获取输入侧电压空间矢量和输出侧电压空间矢量包括：分别 获取输入侧和输出侧的三相电压矢量；将三相电压矢量进行坐标变换得到 两相静止坐标系下输入侧电压空间矢量和输出侧电压空间矢量。

可选地，获取输入侧零矢量占空比和输出侧零矢量占空比包括：分别 计算与输入侧电压空间矢量和输出侧电压空间矢量同一周期内相邻相电压 矢量的占空比；根据相邻相电压矢量的占空比分别计算得到输入侧零矢量 占空比和输出侧零矢量占空比。

根据第二方面，本发明实施例提供一种级联H桥矩阵换流器的控制装 置，包括：第一获取模块，用于获取用于表征级联H桥矩阵换流器非正常 输出状态的短路支路元素；第二获取模块，用于获取用于表征级联H桥矩 阵换流器正常输出状态的电容支路元素；生成模块，用于根据短路支路元 素和电容支路元素生成用于控制级联H桥矩阵换流器的输出状态的开关矩 阵；译码模块，用于对开关矩阵进行译码生成用于驱动级联H桥矩阵换流 器的脉冲触发信号。

可选地，第一获取模块包括：第一获取单元，用于获取输入侧电压空 间矢量和输出侧电压空间矢量；异或运算单元，用于对输入侧电压空间矢 量和输出侧电压空间矢量进行异或运算，生成开关矩阵中短路支路元素。