[发明专利]一种级联式变流器及其控制方法和应用系统

说明书

本发明提供一种级联式变流器及其控制方法和应用系统，当级联式变流器在待机状态下时，确定级联式变流器每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压上限值和电压下限值，周期性获得每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压最大值和电压最小值，若任一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压最大值大于等于电压上限值，或，电压最小值小于等于电压下限值，则控制该相级联式功率变换电路中电压最大值所对应的逆变模块直流母线放电，降低相应逆变模块直流母线的电压，避免逆变模块直流母线电压严重不均衡的问题；并且，无需现有技术中的假负载，因此避免了相应成本、重量和体积的增加，从而提高功率密度和系统效率。

技术领域

本发明属于电力电子变压器技术领域，更具体的说，尤其涉及一种级联式变流器及其控制方法和应用系统。

背景技术

近年来，级联式变流器得到了学术界和工业界的广泛关注。通过模块化的设计，级联式变流器系统可以直接并入中高压电网，从而避免使用笨重和昂贵的工频变压器。此外，级联式变流器系统可以集成丰富的功能，提高电网友好性，因此，级联式变流器系统在新能源并网发电、能源互联网等领域中发挥了重要的作用。

图1为一种级联式变流器的结构示意图。其M个逆变模块的交流输出端串联起来构成一相级联式功率变换电路，这样的三相级联式功率变换电路的交流输出端接入中高压交流输配电网。由于模块化设计时参数选型大致相同，各逆变模块直流母线电压应当保持平衡，然而，实际中由于各模块电路损耗或者直流侧等效负载的不平衡，各个逆变模块直流母线电压可能会出现严重的不平衡，因此逆变模块直流母线电压可能会过高或过低，进而引发系统故障。

针对待机状态下逆变模块直流母线电压严重不均衡的问题，现有技术方案是在每个逆变模块的直流侧增加假负载，平衡各逆变模块直流侧消耗的功率，从而平衡各个逆变模块直流母线电压。但是，通过在逆变模块的直流侧增加假负载，以平衡待机状态下各逆变模块直流母线电压的技术方案中，由于使用假负载，从而提高了系统的成本、重量和体积，以及不利于功率密度的提高，降低了系统效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种级联式变流器及其控制方法和应用系统，用于在各个逆变模块直流母线电压不均衡时，控制电压最大值所对应的逆变模块直流母线放电，使每一相级联式功率变换电路中各个逆变模块直流母线之间的电压差值较小，从而解决逆变模块直流母线电压严重不均衡的问题。

本发明第一方面公开了一种级联式变流器的控制方法，包括：

当所述级联式变流器在待机状态下时，确定所述级联式变流器每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压上限值和电压下限值；其中，所述待机状态包括：电网对每个逆变模块直流母线充电；

周期性获得每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压最大值和电压最小值；

若任一相所述级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的所述电压最大值大于等于所述电压上限值，或，所述电压最小值小于等于所述电压下限值，则控制该相级联式功率变换电路中所述电压最大值所对应的逆变模块直流母线放电。

可选的，所述确定所述级联式变流器每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压上限值和电压下限值，包括：

获得电网相电压以及每一相级联式功率变换电路中逆变模块的个数；

根据电网相电压、每一相级联式功率变换电路中逆变模块的个数以及逆变模块直流母线的电压参考值，计算得到所述级联式变流器每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压上限值和电压下限值。

可选的，根据电网相电压、每一相级联式功率变换电路中逆变模块的个数以及逆变模块直流母线的电压参考值，计算得到所述级联式变流器每一相级联式功率变换电路中逆变模块直流母线的电压上限值和电压下限值，所采用的计算公式为：