模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法，将所述附加平衡电流分别与工频侧和分频侧的d轴电流相加，再通过电流内环，得到输入输出控制的调制波；将桥臂的附加调制波与所述输入输出控制的调制波相加，得到模块化多电平矩阵式换流器最终的调制波信号；根据模块化多电平矩阵式换流器最终的调制波信号进行模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制，该方法能够实现模块化多电平矩阵式换流器的电压电容平衡。现模块化多电平矩阵式换流器的电压电容平衡。现模块化多电平矩阵式换流器的电压电容平衡。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法


[0001]本专利技术属于高电压、大功率电力变换装置控制策略领域，涉及一种模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法。

技术介绍

[0002]模块化多电平矩阵式换流器(modular multilevel matrix converter，M3C)是一种新型的AC/AC换流器，可以实现能量的双向流动，具有高电能质量、高可靠性、高可控性和易拓展性等一系列技术优势，在大功率和中高压系统有着广阔的应用前景。
[0003]M3C依靠子模块电容实现交流能量的传递，电容电压平衡是整个系统正常可靠工作的前提。因此必须对M3C电容电压进行均压控制，保证换流器可靠运行。然而，输入侧与输出侧之间进行的功率传递会造成M3C子模块上的电容电压波动，给均压环节带来难度。中国专利CN107240922A提出了一种M3C的环流均压方法，将M3C 9个桥臂的直流电压给定值与均值比较，得到了9个有功电流，但比例积分控制后有可能会对输入输出侧产生不良影响，不能实现M3C的电压电容平衡。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法，该方法能够实现模块化多电平矩阵式换流器的电容电压平衡。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所述的模块化多电平矩阵换流器的模块电容电压平衡控制方法包括以下步骤：
[0006]1)将九个桥臂的平均电容电压与单个桥臂的电容电压相减，所得差值经过比例积分控制及准比例谐振控制，得到该桥臂的等效直流环流；
[0007]2)根据在桥臂的电流方向，将所述等效直流环流乘以1或
‑
1，得到附加平衡电压，将所述附加平衡电压进行归一化及限幅处理，得各桥臂的附加调制波；
[0008]3)在模块化多电平矩阵换流器附加平衡电压的均压控制中，对四个桥臂进行步骤1)及步骤2)，其余四个桥臂的调制波由第一约束条件得到；
[0009]4)在模块化多电平矩阵换流器附加平衡电流的均压控制中，对模块化多电平矩阵换流器中的四个桥臂执行步骤1)，再将所述四个桥臂的等效直流环流除以其调制波，得到所述四个桥臂的环流，另外四个桥臂的环流由第二约束条件得到，将模块化多电平矩阵换流器中所有桥臂的环流经过Clark变换及Park变换后，得到附加平衡电流；
[0010]5)将所述附加平衡电流分别与工频侧和分频侧的d轴电流相加，再通过电流内环，得到输入输出控制的调制波；将桥臂的附加调制波与所述输入输出控制的调制波相加，得到模块化多电平矩阵式换流器最终的调制波信号；
[0011]6)根据模块化多电平矩阵式换流器最终的调制波信号进行模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制。
[0012]步骤6)的具体操作为：获取模块化多电平矩阵式换流器的三角载波信号，将所述最终的调制波信号与所述三角载波信号作差，并根据作差结果得到桥臂中各全桥模块内实际开关的PWM信号，所述PWM信号控制各桥臂中各全桥模块实际开关的状态，实现模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制。
[0013]步骤1)的具体操作过程为：
[0014]11)设桥臂的电容电压为V
xy_dc
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c}),九个桥臂的平均电容电压为其中，
[0015][0016]桥臂电流为i
xy
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})；
[0017]12)将九个桥臂的平均电容电压与单个桥臂的电容电压V
xy_dc
相减，所得差值经过比例积分控制器后，得到第一部分等效直流环流i
xy_dc_cir1
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})，所得差值经准比例谐振控制器后，得到第二部分等效直流环流i
xy_dc_cir2
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})，将第一部分等效直流环流i
xy_dc_cir1
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})与第二部分等效直流环流i
xy_dc_cir2
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})相加，得到各桥臂最终的等效直流环流i
xy_dc_cir
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})。
[0018]步骤2)的具体过程为：
[0019]21)设附加平衡电压为：
[0020][0021]22)对附加平衡电压进行归一化处理，将幅值限制在[
‑
0.1,0.1]之间，得到附加调制波m
xy_cir
为：
[0022][0023]步骤3)的具体过程为：
[0024]31)在每一次附加平衡电压的均压控制中，从步骤22)得到的9个附加调制波中选取4个信号，其余4个由第一约束条件得到，共进行两次均压控制，选取不同桥臂的调制波，将两次调制波相加，得到最终的附加调制波；
[0025]其中，所述第一约束条件为：
[0026][0027][0028]步骤4)的具体过程为：
[0029]41)设桥臂环流i
xy
‑
cir
为：
[0030][0031]其中，将1/m
xy
限幅在[
‑
1,1]；
[0032]42)每一次附加平衡电流的均压控制中，从步骤41)得到的9个循环电流中选取4个信号，其余4个由第二约束条件得到，选取不同桥臂的循环电流，将两次循环电流相加，得到最终的循环电流；
[0033]所述第二约束条件为：
[0034][0035][0036]43)根据三相静止坐标系到两相静止坐标系的坐标变换矩阵C
abc/αβ0
及其反变换两相静止坐标系到三相静止坐标系的坐标变换矩阵C
αβ0/abc
，将步骤42)得到的环流i
xy_cir
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})进行αβ0变换；
[0037]44)根据两相静止坐标系到dq0坐标系的变换矩阵C
αβ0/dq0_s
和C
αβ0/dq0_l
，对步骤43)得到的结果进行Park变换；
[0038]45)将步骤44)所得结果中矩阵的q轴电流与0序电流置零，得到附加平衡电流为：
[0039][0040]步骤43)的具体过程为：
[0041]根据三相静止坐标系到两相静止坐标系的坐标变换矩阵C
abc/αβ0
及其反变换两相静止坐标系到三相静止坐标系的坐标变换矩阵C
αβ0/abc
，将步骤42)得到的环流i
xy_cir
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})进行αβ0变换，其中，
[0042][0043][0044][0045][0046]步骤44)的具体过程为：
[0047]根据两相静止坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平矩阵换流器的模块电容电压平衡控制方法，所述模块化多电平矩阵换流器包含9条桥臂，其特征在于，包括以下步骤：1)将九个桥臂的平均电容电压与单个桥臂的电容电压相减，所得差值经过比例积分控制及准比例谐振控制，得到该桥臂的等效直流环流；2)根据在桥臂的电流方向，将所述等效直流环流乘以1或
‑
1，得到附加平衡电压，将所述附加平衡电压进行归一化及限幅处理，得各桥臂的附加调制波；3)在模块化多电平矩阵换流器附加平衡电压的均压控制中，对四个桥臂进行步骤1)及步骤2)，其余四个桥臂的调制波由第一约束条件得到；4)在模块化多电平矩阵换流器附加平衡电流的均压控制中，对模块化多电平矩阵换流器中的四个桥臂执行步骤1)，再将所述四个桥臂的等效直流环流除以其调制波，得到所述四个桥臂的环流，另外四个桥臂的环流由第二约束条件得到，将模块化多电平矩阵换流器中所有桥臂的环流经过Clark变换及Park变换后，得到附加平衡电流；5)将所述附加平衡电流分别与工频侧和分频侧的d轴电流相加，再通过电流内环，得到输入输出控制的调制波；将桥臂的附加调制波与所述输入输出控制的调制波相加，得到模块化多电平矩阵式换流器最终的调制波信号；6)根据模块化多电平矩阵式换流器最终的调制波信号进行模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制。2.根据权利要求1所述模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法，其特征在于，步骤6)的具体操作为：获取模块化多电平矩阵式换流器的三角载波信号，将所述最终的调制波信号与所述三角载波信号作差，并根据作差结果得到桥臂中各全桥模块内实际开关的PWM信号，所述PWM信号控制各桥臂中各全桥模块实际开关的状态，实现模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制。3.根据权利要求1所述模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡控制方法，其特征在于，步骤1)的具体操作过程为：11)设桥臂的电容电压为V
xy_dc
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c}),九个桥臂的平均电容电压为其中，桥臂电流为i
xy
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})；12)将九个桥臂的平均电容电压与单个桥臂的电容电压V
xy_dc
相减，所得差值经过比例积分控制器后，得到第一部分等效直流环流i
xy_dc_cir1
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})，所得差值经准比例谐振控制器后，得到第二部分等效直流环流i
xy_dc_cir2
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})，将第一部分等效直流环流i
xy_dc_cir1
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})与第二部分等效直流环流i
xy_dc_cir2
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})相加，得到各桥臂最终的等效直流环流i
xy_dc_cir
(x∈{u,v,w},y∈{a,b,c})。4.根据权利要求3所述模块化多电平矩阵式换流器的模块电容电压平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟永庆，胡雅涵，马春喆，陈哲，周治伊，何欣，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：