[发明专利]一种模块化多电平变换器损耗优化控制方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平变换器损耗优化控制方法，以模块化多电平变换器子模块下开关和二极管损耗最小化为目标，根据给定的有功功率和无功功率，结合模块化多电平变换器的功率平衡关系、功角关系和环流数学模型得到桥臂电流的表达式；在二次环流注入的幅值和相位的约束条件下，根据功率损耗公式得到各种不同二次环流电流下子模块中四个功率器件的不同的损耗值，选取最大值构建数据集，在数据集中找一个最小的损耗值，选取这个损耗值的二次谐波幅值和相位为最优的二次环流的幅值和相位，将对应的最优的二次环流注入到三相中。本发明不仅能够减小损耗最大功率器件的损耗值，还能减小桥臂电流的峰值，提高系统的可靠性。

技术领域

本发明属于多电平电力电子变换器技术领域，具体涉及一种基于基于谐波环流注入的模块化多电平换流器损耗优化控制方法。

背景技术

模块化多电平变换器是由R.Marquardt教授首先提出的一种具有中高压和大功率应用潜力的拓扑结构。与传统的电压源变换器相比，模块化多电平变换器具有低谐波、可扩展性和低开关损耗等特点。

系统的可靠运行是模块化多电平变换器是一个重要的指标，功率器件对变换器的可靠性起着重要的作用。模块化多电平变换器包含许多子模块，每个子模块包括多个功率器件。每个子模块中这些功率器件之间的功率损耗通常是不同的。另外，随着模块化多电平变换器的运行状态变化，子模块中的功率器件的功率损耗也会发生变化。功率器件的功率损耗会影响子模块中每个功率器件的性能，从而影响模块化多电平变换器整体的可靠性。

针对模块化多电平变换器子模块功率开关管的损耗优化控制问题，常规方法是通过改变变换器子模块的拓扑、优化调制策略、损耗和电容电压的多目标控制等方法来调节子模块的损耗，但是上述方法会增加硬件系统和算法的复杂度，影响电能的输出质量，增大系统的运行成本。

发明内容

本发明正是针对以上问题，提出一种新的模块化多电平变换器子模块的损耗优化控制方法，一方面保证不影响电能质量输出性能的前提下不增加系统的硬件系统和算法的复杂度，另一方面保证系统的成本不增加的前提下实现模块化多电平变换器的安全可靠运行。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提出一种基于谐波环流注入的模块化多电平变换器损耗优化控制方法，包括以下步骤：

(1)、以模块化多电平变换器子模块下开关和二极管损耗最小化为目标，根据给定的有功功率和无功功率，结合模块化多电平变换器的功率平衡关系和功角关系得到网侧电流i_a和直流测电流i_dc，根据环流数学模型得到桥臂电流的表达式；

(2)、在二次环流注入的幅值和相位的约束条件下，根据功率损耗公式得到每种桥臂电流下子模块中四个功率器件的不同的损耗值；

(3)、选取每种桥臂电流下四个功率器件中损耗最大的值，构建各个桥臂电流情况下损耗最大值的数据集；

(4)、在数据集中寻找一个最小的损耗值，选取这个损耗值对应的二次谐波幅值和相位为最优的二次环流的幅值和相位，将对应的最优的二次环流注入到三相中，以实现降低子模块中损耗最大的功率器件的损耗。

进一步的，本发明所提出的基于谐波环流注入的模块化多电平变换器损耗优化控制方法，步骤(1)中，模块化多电平变换器桥臂电流的获取，具体子步骤如下：

步骤101、忽略变换器的损耗，由变换器交直流有功功率相等法则，得到直流侧电流i_dc：

i_dc＝P/V_dc，

式中，P和V_dc分别为变换器传输的有功功率和变换器直流侧电压；