[发明专利]一种用于模块化多电平矩阵变换器的平坦控制方法

说明书

本发明涉及一种用于模块化多电平矩阵变换器的平坦控制方法，包括步骤：1)根据M3C电路拓扑结构，建立对应的M3C数学模型；2)对数学模型进行双αβ0变换，获取包括输入侧解耦模型、输出侧解耦模型、桥臂电容电压及环流解耦模型和共模电压解耦模型的M3C的解耦模型；3)对输入侧解耦模型进行dq变换，基于前馈参考控制量和误差反馈补偿量，构建输入侧平坦控制策略；4)对输出侧解耦模型、桥臂电容电压及环流解耦模型进行PI控制，结合输入侧平坦控制策略、共模电压控制、H桥子模块均压控制以及载波移相调制，共同完成对M3C的平坦控制。与现有技术相比，本发明具有加快全局稳定速度，跟踪无静差，动态性能高等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其是涉及一种用于模块化多电平矩阵变换器的平坦控制方法。

背景技术

M3C(modular multilevel matrix converter，MMMC，模块化多电平矩阵变换器)是一种由许多H桥单元串联后构成的双向开关，不同于传统矩阵变换器中的半导体开关器件，M3C具有完全模块化、简单扩展到高电压电平、控制灵活、谐波质量好、冗余度好等优点，这些独特的优势使其非常适合于大功率风能转换系统。

由于M3C的非线性、强耦合等特点，使得M3C的控制十分复杂，发展也异常缓慢。直至目前，M3C的控制研究仍处于起步理论研究阶段，且国内外目前还未有成熟的应用。在M3C控制方面的研究目前主要有：M3C输入侧的控制、M3C电容电压和桥臂环流的控制以及M3C输出侧的控制。对于M3C电容电压的控制的研究文献较多，如发表在IEEE能源转换大会和博览会上的论文《A broad range of frequency control for the modular multilevelcascade converter based on triple star bridge-cells(MMCC-TSBC)》提出的注入循环电流并在输入侧施加无功功率；发表在第14届欧洲电力电子与应用会议上的论文《DCcirculating current for capacitor voltage balancing in modular multilevelmatrix converter》增加了一个电容器电压平衡算法等。对于M3C输入侧的控制，目前主要是采用PI控制方法，例如，发表在第15届国际电力电子与运动控制会议上的论文《Fullydecouple current control and energy balancing of the modular multilevelmatrix converter》提出的双αβ0变换，以将输入侧电流、输出侧电流以及桥臂环流从9个桥臂电流中分离，从而实现解耦控制。然而输入侧电流采用PI控制方式在仿真和在工程实际使用中均有明显的不足，主要体现在响应速度慢，易产生超调，动态性能差，且控制系统的鲁棒性也较差，一旦控制系统参数发生变化或者发生外部摄动时，无法实现系统的全局稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于模块化多电平矩阵变换器的平坦控制方法，该方法不仅能够通过构建前馈参考控制量和误差反馈补偿量的输入侧平坦控制策略，结合输出侧PI控制、桥臂电容电压及环流PI控制、共模电压控制、H桥子模块均压控制以及载波移相调制，提高整个控制系统鲁棒性，提高输入侧电流稳定速度，而且能够实现无超调，跟踪无静差，动态性能高等优势。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于模块化多电平矩阵变换器的平坦控制方法，包括如下步骤：

步骤1、根据模块化多电平矩阵变换器的电路拓扑结构，建立对应的模块化多电平矩阵变换器数学模型，即M3C数学模型。

所述模块化多电平矩阵变换器的电路拓扑结构包括九个桥臂，每一个桥臂包括串联的一个电感和多个H桥子模块，每一个H桥子模块包括并联的一个直流电容和一个H全桥，每一个H全桥由四个IGBT反并联二极管组成，模块化多电平矩阵变换器的输入侧与输出侧均为三相交流对称系统。

M3C数学模型的表达式为：