[发明专利]模块化多电平转换器及其DC偏移补偿方法

说明书

本公开涉及一种补偿来自包括至少一个相支路的模块化多电平转换器(MMC)的高压AC输出的DC偏移的方法。MMC经由电网变压器被连接到三相高压AC电网。该方法包括，在至少一个DC偏移校正装置(10)中，通过以下在至少一个DC偏移校正装置的每个DC偏移校正装置中测量DC偏移：在MMC中获得高压AC信号，通过无源高阶滤波器(11)从获得的高压AC信号中去除高压AC分量以获得模拟滤波信号，通过模拟‑数字转换器将模拟滤波信号转换为数字信号，通过数字滤波器(12)从数字信号中去除剩余的AC分量以获得DC偏移，以及在控制器(13)中将获得的偏移与参考值进行比较，并基于所述比较形成控制信号。该方法还包括将控制信号从至少一个DC偏移校正装置的每个DC偏移校正装置传送到MMC的控制装置(20)。该方法还包括，控制装置将来自至少一个DC偏移校正装置的控制信号映射到至少一个相支路。该方法还包括，基于映射，控制装置向至少一个相支路的每个相支路中的MMC单元的半导体开关发送切换命令以补偿DC偏移。

技术领域

本公开涉及一种用于校正来自模块化多电平转换器(MMC)的高压(HV)交流电(AC)输出的直流(DC)偏移的方法和装置。

背景技术

在许多电力电子应用中，变压器被用于转换器的一侧或两侧，在该处电网或负载的电压辐值不同于转换器输入和/或输出电压。转换器中的半导体之间的有意或无意的时间滞后在其切换时间上显示出一定的不精确性。因此，转换器中可能会出现不对称或不均匀的操作。这可能会导致流经变压器绕组的不期望的直流电流。由于系统反馈在没有任何测量装置的情况下不能感测该直流电流，或者系统不受电流控制，因此DC分量导致磁化电流增加，使磁芯饱和，增加热，并因此导致变压器的损耗的增加。

尽管与AC输出电压的幅值相比，该DC偏移非常小(例如几伏或是其分数)，但 DC偏移可以使变压器饱和。这大大降低了待被传输的功率，或者甚至使操作变得不可能。

已经尝试通过昂贵的高精度DC电流变压器来测量和校正DC偏移。然而，这同样产生不令人满意的偏移校正，并且控制相应地复杂且昂贵。

US 5,870,297公开了低通滤波器的使用，其后跟随DC测量单元以产生测量信号来校正DC偏移，其可以被用于小于3.6kV的低压至中压的应用中。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量和补偿具有超过3.6kV，例如高达36kV的输出电压的高压MMC功率转换器的输出中的DC偏移电流的方法和装置。

MMC的输出电压包括非常大的(HV)AC分量和非常小的(例如，小于1V或小于100mV)DC分量，本文中DC分量被称为DC偏移。为了正确地测量DC偏移，需要从输出电压中去除足够的HV AC分量以允许DC分量被检测和测量。发明人现在已经认识到，这可以通过无源高阶滤波器(即具有高于二阶的滤波器)并在其后跟随数字滤波器的组合来实现。

根据本发明的方面，提供一种补偿来自MMC的高压AC输出的DC偏移的方法，该 MMC包括至少一个AC相的至少一个相支路。至少一个相支路的每个相支路包括多个级联转换器单元。每个单元包括多个半导体开关和在单元中形成中间DC电路的能量存储器。MMC经由电网变压器被连接到三相HV AC电网。该方法包括，在MMC(1)的至少一个DC偏移校正装置中，通过以下在至少一个DC偏移校正装置的每个DC偏移校正装置中测量DC偏移：在MMC中获得高压AC信号，通过无源高阶滤波器从获得的高压AC信号中去除高压AC分量以获得模拟滤波信号，通过模拟-数字转换器将模拟滤波信号转换为数字信号，通过数字滤波器从数字信号中去除剩余的AC分量以获得DC偏移，以及在控制器中，将获得的偏移与参考值进行比较，并基于所述比较形成控制信号。该方法还包括将控制信号从至少一个DC偏移校正装置的每个DC偏移校正装置传送到 MMC的控制装置。该方法还包括，控制装置将来自至少一个DC偏移校正装置的控制信号映射到至少一个相支路，并且基于映射，控制装置向至少一个相支路的每个相支路中的单元的半导体开关发送切换命令以补偿DC偏移。