[发明专利]基于MMC的电力电子变压器系统及其分层控制系统架构

说明书

本发明涉及一种基于MMC的电力电子变压器系统及其分层控制系统架构，采用主+从+阀三层控制架构，MMC变换器中的每相桥臂对应有一个从控制器，专门实现该相桥臂的控制，实现同属于一相桥臂中子模块的同步控制，可靠保证同相桥臂中子模块的同步问题，提升系统控制可靠性。而且，控制分层比较合理，主控制器不再过度集中控制，控制任务有一部分由从控制器进行了分担，提升系统故障冗余度和控制可靠性。另外，各层控制功能分布明确，便于在系统控制各环节出故障时，能按层级快速查询检修，提升系统可靠性。还有就是，设立的从控制器能够进行阀控制器的外扩，可扩展性强，能减少后期开发的时间周期，保证系统能应用于更高电压大功率场合。

技术领域

本发明属于电力电子变压器技术领域，具体涉及一种基于MMC的电力电子变压器系统及其分层控制系统架构。

背景技术

电力电子变压器作为一种结合了电力电子技术和电磁技术的电能转换器，通常集中了电气隔离、电能变换和无功补偿等功能，并为分布式可再生能源和储能系统提供了多样的电力接入端口。此外，相较于传统的电力变压器，电力电子变压器具有自保护功能，通过数字控制实现系统实时监控和管理。电力电子变压器极大满足了电力系统当前发展需求，为提高电网智能化水平起到重要作用，目前主要应用于配电网、机车牵引和能源互联网中。

基于MMC的电力电子变压器的拓扑，涉及到多级电力转换，能提供高低压交直流三端口。该拓扑的直流母线电压不存在低频波动，输出电压质量高，系统AC/DC级和DC/DC级能相互独立控制，系统模块化和冗余度高。但是该系统应用于高压大功率场合中，MMC和隔离型DC/DC级所需的子模块数较多，其协调控制和多级保护的控制策略较为复杂。其中，MMC拓扑结构中的MMC包括三个桥臂，分别对应三相交流电中的A、B、C三相。

申请公布号为CN107154741A的中国发明专利申请文件中公开了一种基于MMC拓扑结构的控制系统，包括主控制器和子模块控制器(也可以称为阀控制器)，其中，主控制器用于向MMC拓扑结构中的子模块发送调制波信息，子模块控制器与MMC拓扑结构中的子模块一一对应，用于控制对应的子模块。该MMC拓扑结构采用两级控制，一个主控制器完成控制算法和系统保护监控，下属设立与子模块相同个数的子模块控制器，每个子模块控制器需要完成对应子模块的数据采集、调制控制和故障检测等功能。该MMC拓扑结构仅两层控制级，控制执行效率较高，但是就MMC控制而言，采用两级控制，主控制器直接与各个子模块控制器通讯连接，主控制器的控制过度集中，控制任务比较繁杂，故障冗余度差，控制负担比较重，控制可靠性差，涉及较多子模块控制时，对主控制器数据资源配置要求较高。而且，由于MMC中的同相桥臂中的子模块的同步要求十分高，主控制器直接与各个子模块控制器通讯连接，无法可靠保证同相桥臂中的子模块的同步。另外，在系统控制各环节出故障时，不能快速按层级快速查询检修，系统控制可靠性较低。

另外，在隔离级DC/DC变换器中，目前，同样采用两级控制架构，主控制器完成系统控制算法，下发给子模块控制器完成隔离型DC/DC变换器控制，但由于隔离型DC/DC变换器高低压单元的电压等级相差较大，采用单一子模块控制器，对高低压侧同时进行数据采集和驱动控制时，同步性和隔离性较差，控制信号会存在较大干扰，极大影响控制性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MMC的电力电子变压器系统及其分层控制系统架构，用以解决现有的控制系统无法可靠保证同相桥臂中的子模块的同步控制的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：