[发明专利]具有自均压能力的多模块串联型变换器自供电电路及其控制方法

说明书

具有自均压能力的多模块串联型变换器自供电电路及其控制方法.本发明公开了一种多模块串联型变换器的自供电电路及其控制方法，自供电电路在取电电源低压输出侧并联均压电路，该均压电路由一个开关器件和一个低压负载电阻串联而成。其控制方法是在变换器的子模块直流电容预充电期间，子模块控制器或均匀控制器根据电容电压自主控制取电电源输出侧负载电阻的功率大小来调整各个子模块直流电容电压，实现预充电期间子模块直流电容电压的均衡，保证了系统预充电成功。该均压电路是在取电电源低压输出侧进行配置，其电路简单、控制方便、成本低，且无需总控制器参与，适用范围更广。在完成子模块预充电进入运行状态后，此均压电路停止工作，以降低损耗。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种具有自均压能力的多模块串联型变换器自供电电路及其控制方法。

背景技术

相比于传统的两电平、三电平换流器，新一代多模块串并联电路更适用于高电压、大功率、大变比等电能变换场合，如模块化多电平换流器(MMC)因其无需器件直接串联、输出波形质量好、器件开关频率低、模块化程度高等优势成为高压直流输电、新能源并网、孤岛供电等领域的首选拓扑之一。由于多模块串联型变换器子模块数量众多、电压等级高、绝缘要求高，同时需具备黑启动能力，子模块的本地控制器辅助电源需要从子模块直流电容上自供电，甚至某些场合中央控制器的供电也需要从高压输电电缆进行取电。在高压直流母线上电时，需要对众多串联的子模块直流电容进行预充电，而且取电电源的输入接子模块直流电容，取电电源将直流电容上的高压转换为低压(一般为24V)后给子模块的控制、驱动、采样等电路供电。但是，如果对取电电源不加以额外控制，取电电源在工作过程中会引发子模块直流电容电压不均并震荡发散，导致子模块自供电失败，从而导致整个系统预充电失败，无法正常启动。

针对上述均压问题，现有报道中提供了一种给每个子模块直流电容并联合适的均压电阻，在取电电源可工作的最低输入电压下，该并联电阻消耗的功率需要大于取电电源本身消耗的功率，随着子模块直流电容电压的上升，该并联电阻消耗的功率将会与电压的二次方呈线性关系上升，因此均压电阻将会占用很大体积，消耗很大功率。此外，现有方法均依赖中央控制器外挂辅助电源先上电给子模块控制器发送均压参考值等指令来实现预充电期间的子模块直流电容均压，这一条件也限制了变换器在其所有控制器的取电都来自于输入高压母线的完全黑启动场合下的应用。

发明内容

针对现有技术的均压电路中的均压电阻消耗功率较大，且完全依赖于中央控制器先上电，再由中央控制器对均压电路进行控制，不适应于黑启动场合的问题，本发明提出了一种具有自均压能力的多模块串联型变换器自供电电路及其控制方法。本发明的自供电电路在取电电源低压输出侧并联均压电路，该均压电路由一个低压开关器件和一个低压负载电阻串联而成，其控制方法是在变换器的子模块直流电容预充电期间，均压控制器根据电容电压自主控制取电电源输出侧低压负载电阻的功率大小来调整各个子模块直流电容的电压值，实现了多模块串联型变换器在预充电期间子模块直流电容电压的均衡，保证了系统预充电成功。该均压电路是在取电电源低压输出侧进行配置，其电路简单、控制方便、成本低，且无需总控制器参与，适用范围更广。在完成子模块预充电进入运行状态后，此均压电路停止工作，以降低损耗。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种具有自均压能力的多模块串联型变换器自供电电路，包括取电电源、低压开关器件、负载电阻和均压控制器；

所述的取电电源的两个输入端分别与多模块串联型变换器中的直流电容正端和负端相连；所述的低压开关器件的漏极或集电极与取电电源的正极输出端相连，低压开关器件的源极或发射集与负载电阻的一端相连，负载电阻的另一端与取电电源的负极输出端相连；

所述的均压控制器的电压采样端口与直流电容正端相连，均压控制器的正极供电端口与取电电源的正极输出端相连，均压控制器的负极供电端、取电电源的负极输出端、以及直流电容的负端三者相连，均压控制器的控制端与低压开关器件的栅极相连。