[发明专利]基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法

说明书

本发明属于级联型多电平变流器技术领域，尤其涉及基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法，由M个子模块组成的一组级联子模块；一组级联子模块的输出电压之和由一个电压传感器测量；M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数；在MMC应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块个数。对基于级联多电平变流器的电压传感器复用技术进行数学建模，从物理过程中抽象出电压传感器复用测量法的理论数学模型；通过评估采样过程中所得开关矩阵是否满秩，判断电容电压矩阵是否有唯一解；通过构造开关矩阵，加快电容电压矩阵的求解速度，减小求解难度；通过合理选取传感器采样时刻，构造开关矩阵，由矩阵运算得出本组所有子模块的电容电压值。

技术领域

本发明属于级联型多电平变流器技术领域，尤其涉及基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量方法。

背景技术

级联型多电平变流器采用串联若干低压功率单元的方式来实现高压输出，这种模块化结构易向更多电平数扩展，可工作于更高电压等级且输出谐波含量少；电路中单个开关器件分压小，且可保证开关器件较低工作频率运行，降低了开关损耗。

目前级联型多电平变流器的多模块设计对电压传感器的需求量大，使得级联型多电平变流器的建造与运行成本提高。

目前级联型多电平变流器子模块电压的测量方法主要分为两种：

第一种，每个电压传感器测量一个子模块的电容电压。采用上述方法得到的测量值准确，但需要大量的电压传感器，提高了变流器的建造与运行成本。

第二种，通过将子模块分组，每个电压传感器测量一组子模块的输出电压之和。电压采样仅发生在本组只有一个子模块开通的情况下。在两次电压采样动作之间，通过测算流经子模块电容的电流，对电容电压变化值进行估计；然而，采用上述方法，仅能在单个子模块开通时刻测量该子模块电容电压值，导致电容电压等效采样时间长，测量误差大，且会引起系统控制精度和相应速度下降。

发明内容

本发明提供了一种基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法，拟解决背景技术中提到的技术问题。

解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案；

基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量电路，包括由M个子模块组成的一组级联子模块；一个电压传感器测量一组级联子模块的输出电压之和；所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数；在模块化多电平变流器(MMC)应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块个数。

基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量方法，包括以下步骤：

步骤1：电压传感器检测每组级联子模块的输出电压之和，每组级联子模块均包含有M个子模块，所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数，并且在MMC应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块的个数；

步骤2：基于步骤1中电压传感器检测到每组级联子模块的输出电压之和，结合子模块输出电压由子模块开关信号和电容电压值的乘积标识，得到如下数学建模：

U_S(t)＝s₁(t)×U_cu1(t)+s₂(t)×U_cu2(t)+…+s_M(t)×U_cuM(t)

其中U_S(t)表示电压传感器在t时刻的测量值；

其中s_M(t)表示第M个子模块在t时刻的开关信号；

其中U_cuM(t)表示第M个子模块在t时刻的电容电压值。

步骤3：电压传感器在不同时刻进行M次采样后，构造如下矩阵：