[发明专利]一种六角形模块化多电平交-交变换器的电容电压波动分析方法及抑制方法

说明书

本发明公开了一种六角形模块化多电平交‑交变换器的电容电压波动分析方法及抑制方法，包括以下步骤：步骤1，对六角形模块化多电平交‑交变换器建模，通过功率守恒定律以及电容的伏安特性，得到子模块电容电压表达式；步骤2：引入中性点电压和环流，存在中性点电压和环流的条件下更新子模块电容电压表达式；步骤3，分析步骤2得到的更新子模块电容电压表达式，得到能够抑制电容电压纹波的中性点电压和环流需要满足的技术条件。本发明能够将子模块电容电压控制在一定范围内，同时使变换器的开关损耗最小。

技术领域

本发明涉及一种电源电压波动抑制方法，尤其涉及一种六角形模块化多电平交-交变换器的电容电压波动分析方法及抑制方法。

背景技术

六角形模块化多电平交-交变换器(Hexagonal Modular Multilevel AC/ACConverter，Hexverter)是一种较为新颖的实现交交变换的拓扑，能够实现三相间交流变频。兼具模块化多电平矩阵变换器(Modular Multilevel Matrix Converter，M3C)模块化、电平数多等优点的同时，与M3C相比支路数更少，所需的电容和电感的数量更少。在低频运行环境下，是一种极具竞争性的可以降低设备体积和成本、减小功率损耗的方案。如图1所示即为Hexverter变换器及其子模块拓扑结构：Hexverter拓扑结构共有6个支路，每个支路上均由一个支路电感L以及若干个子模块串联而成；每个子模块均由一个全桥和一个电容并联形成；每个全桥均由4个电力电子开关器件(IGBT)组成。

Hexverter运行时，由于支路交直流侧的无功交换，电容电压不可避免地存在周期性波动。电容纹波电压的幅值过大会导致开关管耐压要求过高，严重时将导致电能质量和系统可靠性明显降低，影响系统的正常运行，因此如何抑制Hexverter的电容电压波动对提高系统电能质量及安全性具有非常重要的意义。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种六角形模块化多电平交-交变换器的电容电压波动分析方法及抑制方法，能够解决Hexverter在输入/输出无功不平衡时，子模块电容电压波动过大的问题。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种六角形模块化多电平交-交变换器的电容电压波动分析方法，包括以下步骤：

步骤1，对六角形模块化多电平交-交变换器建模，通过功率守恒定律以及电容的伏安特性，得到子模块电容电压表达式；所述子模块为H桥结构，电力电子开关器件构成桥臂，电容跨接在桥臂之间；所述子模块电容电压表达式为：其中，各项表达式见公式(1)。

公式(1)中，n为支路序号，u_c，n为支路n中子模块的电容电压，为平均功率电压分量，为频率为2f₁的电容电压分量，为频率为2f₂的电容电压分量，为频率为f₁-f₂的电容电压分量，为频率为f₁+f₂的电容电压分量；C为电容值，N为子模块数量，U_c为电容电压额定值，P₁、Q₁为输入侧有功、无功功率，P₂、Q₂为输出侧有功、无功功率，为输入相电压和电流的幅值，为输出相电压和电流的幅值，ω₁和ω₂是角频率，和是功率因数角，ψ代表相位差。

步骤2：引入中性点电压和环流，存在中性点电压和环流的条件下更新子模块电容电压表达式；所述的存在中性点电压和环流的条件下更新子模块电容电压表达式为：其中，各项表达式见公式(2)，