[发明专利]一种DC/DC变流器电压均衡控制策略优化方法

说明书

本发明公开了一种DC/DC变流器电压均衡控制策略优化方法，基于原有的模块化多电平DC/DC变流器电压均衡控制策略，提出了一种加入NLM调制的双移相控制策略的优化，每当引起控制动作时，桥臂中需要改变投入切换状态的的子模块个数尽量少，这样减小元件的开关频率，降低元件开关频率能够明显减小换流器损耗。

技术领域

本发明涉及适用于柔性直流配电网的直流变压器领域，具体的说是一种基于模块化多电平DC/DC换流器的电压均衡控制策略的优化。

背景技术

二十一世纪以来，以全控型器件为基础的直流变压器在国内外得到广泛的研究。变压器是柔性直流配电网中的关键部分，近年来得到了快速发展。为了扩大变压器原边的电压等级，目前常用的方法是高压输入端功率单元串联，但是这会带来制造成本高、机组体积变大等缺点，不利于直流变压器的发展。

为了实现简化直流变压器的结构的目的，一些研究人员想到了基于模块化多电平DC/DC变压器的拓扑结构。换流阀的级联解决了元件电压应力不足的问题，满足中高压输入，此类型的直流变压器只需单个高频变压器就完成电压匹配和电气隔离，从而简化了变压器结构设计。模块化多电平DC/DC换流器拓扑结构，它是通过4个桥臂组成，每个桥臂又由许多个相互联结且结构一样的子模块(submodule，SM)同单个桥臂上的电抗器L串联组成，由上、下桥臂组成一个相单元。模块化多电平换流器在中高压直流侧正负极之间设有可以储能的电容，根据调整每个子模块的通断，换流器在交流侧能够得出质量良好的电压波形，在直流侧保证直流电压动态稳定。模块化多电平换流器允许凭借相对较低的开关频率获得波形品质较高的输出电压波形，从而减小了DC/DC换流器的开关的损耗及滤波器的容量，增加了DC/DC换流器的效率且降低了成本。采取改变子模块的串联数量来满足预期的电压及功率要求，拓扑适应性增强。然而模块化拓扑结构也带来了一些模块化多电平换流器与生俱来的缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明在目前广泛使用于模块化多电平DC/DC变流器均压控制策略的基础上，提出了一种加入NLM(最近电平逼近法)调制的双移相控制策略的优化。模块化多电平换流器中全部子模块电容都分散布置在桥臂中，直流侧无大电容。因为模块化多电平DC/DC换流器的桥臂电流对分散电容的充放电引起电压波动，这使所有电容电压的均衡控制成为控制系统的重要内容，同时电容电压波动较小并保持一致也是模块化多电平DC/DC换流器稳定运行的必备条件。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

本发明基于原有的模块化多电平DC/DC变流器电压均衡控制策略，提出了一种加入NLM调制的双移相控制策略的优化，每当引起控制动作时，桥臂中需要改变投入切换状态的的子模块个数尽量少，这样减小元件的开关频率。不利于柔性直流输电技术进展的突出矛盾是换流器的损耗较大，降低元件开关频率能够明显减小换流器损耗。如果相单元内某些子模块被切除，那一定要有等量的子模块被投入，来保证直流电压定值。因为电力电子器件的开关存在着差异还有死区时间的不一样，那些子模块的投入和切除做不到同时结束，从而造成直流电压波动，投入和切除状态需要改变的子模块数目越多，直流电压的波动越剧烈，这也要求投切状态需要变动的子模块数量做到最少。

控制策略的优化按如下步骤进行：

步骤1、针对模块化多电平拓扑结构采用方波调制解决电压不均衡和dv/dt较高问题；

步骤2、选用双移相控制策略，实现各个模块电压均衡；

步骤3、每当引起控制动作时，桥臂中需要改变投入切换状态的的子模块个数尽量少，这样减小低元件的开关频率，因而采用NLM(最近电平逼近法)调制策略；

步骤4、优化后的双移相控制策略，可保证级联模块实现很好的均压效果，同时将开关频率降低到调制波频率(隔离频率)。虽然每个模块完成一次电压平衡需要多个开关周期，但通过优化设计移相模块数，模块电压均衡周期大幅度缩短。所述步骤1是按如下过程进行：