【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于输配电，具体涉及一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑及控制方法。
技术介绍
1、模块化多电平直流变压器技术对于多电压等级直流电网至关重要，它能有效提升能源转换效率、优化电能质量，并降低建设成本。随着可再生能源的广泛使用，这种技术成为了提高能源转换效率和实现电网互联的关键。模块化多电平直流变压器能够应对高电压，便于标准化生产和维护，具有很好的扩展性，有助于减少研发时间和运营成本。此外，这种变压器适用于不同直流配电网的连接，通过模块化设计支持多端口操作，便于接入分布式能源和储能系统。
2、模块化多电平直流变压器主要通过基频调制来实现，这种方法在一个高频周期内只进行一次采样和控制，与传统工频mmc不同。通过调整半桥模块驱动信号的相位差，可以生成非对称的阶梯波形，并根据输出电压调节变压器的输出。这种方法简化了磁性元件的设计，实现了低压侧开关管的零电流关断，从而降低了电流应力。还有研究提出了类两电平调制方法，它能在交流侧调制出任意波形，适用于高压直流输电，但在中压直流配电网中由于电平数较少，应用受限。
3、模块化多电平直流变压器技术在多电压等级直流电网中的应用，通过其独特的调制及控制方法，实现了高效能量转换和优化电网结构，为未来高压直流电网的互联和大规模新能源的消纳提供了重要的技术支持。然而，这种技术也存在一些缺点，主要包括电路结构复杂、需用大量独立直流电源、使用器件多、成本高、电路安全可靠性低。电路结构的复杂性需要使用大量嵌位二极管或高压嵌位电容，增加了电路的复杂性和控制难度，同
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑及控制方法，旨在优化模块化多电平直流变压器的结构，使其能够更有效地在高压侧和低压侧之间转换和控制电能，同时降低成本和提高系统的安全性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，包括：
4、桥臂电感、上桥臂、下桥臂和滤波电感；
5、桥臂电感的一端与高压侧正极连接，桥臂电感的另一端与上桥臂的一端连接；
6、上桥臂的另一端与下桥臂的一端以及滤波电感的一端连接；
7、下桥臂的另一端与高压侧负极以及低压侧负极分别连接；
8、滤波电感的另一端与低压侧正极连接；
9、上桥臂和下桥臂均包括子模块串，子模块串包括若干个依次串联的子模块；上桥臂和下桥臂，用于通过控制子模块的投入数量以调节各自桥臂电压。
10、进一步的，上桥臂和下桥臂用于根据第一控制信号控制子模块的投入以调节输出电压至目标值；第一控制信号根据低压侧电压和参考电压之间的差值生成。
11、进一步的，上桥臂和下桥臂还用于根据第二控制信号进行移相比控制，以保持上桥臂和下桥臂之间的能量平衡；第二控制信号根据上桥臂的所有子模块电容电压平均值和下桥臂的所有子模块电容电压平均值之差生成。
12、进一步的，移相比的稳态值的计算式如下：
13、
14、式中，为移相比，和分别为上桥臂和下桥臂的占空比，为传输的总功率，为桥臂电感值，为高压侧电压，为开关周期。
15、进一步的，子模块采用半桥型子模块，每个半桥型子模块均包括两个igbt，两个igbt的触发脉冲控制信号互补，若其中一个igbt开通时，对应子模块投入，若其中另一个igbt开通时，对应子模块切除。
16、进一步的，上桥臂和下桥臂还用于根据第一控制信号和第二控制信号进行电压和移相比的调节，以保持子模块电容电压稳定。
17、进一步的，还包括：pi控制器，pi控制器用于生成第一控制信号和第二控制信号。
18、进一步的，模块化多电平直流变压器采用阶梯波准两电平调制。
19、第二方面，本专利技术提供了一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑的控制方法，应用于如第一方面的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，包括：
20、根据低压侧电压和参考电压之间的差值生成第一控制信号，根据第一控制信号控制上桥臂和下桥臂的子模块的投切，以改变各自桥臂电压，调节输出电压至目标值；
21、根据上桥臂的所有子模块电容电压平均值和下桥臂的所有子模块电容电压平均值之差生成第二控制信号，根据第二控制信号确定进行上桥臂和下桥臂之间移相控制的移相比；
22、根据第一控制信号和第二控制信号调节上桥臂和下桥臂的电压和移相比以保持子模块电容电压稳定。
23、进一步的，移相比的稳态值的计算式如下：
24、
25、式中，为移相比，和分别为上桥臂和下桥臂的占空比，为传输的总功率，为桥臂电感值，为高压侧电压，为开关周期。
26、本专利技术提供的一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，包括桥臂电感、上桥臂、下桥臂和滤波电感；桥臂电感的一端与高压侧正极连接，另一端与上桥臂的一端连接；上桥臂的另一端与下桥臂的一端以及滤波电感的一端连接；下桥臂的另一端与高压侧负极以及低压侧负极分别连接；滤波电感的另一端与低压侧正极连接；上桥臂和下桥臂均包括一个子模块串，子模块串包括若干个依次串联的子模块，上桥臂和下桥臂通过控制子模块的投入数量以调节各自桥臂电压，进而实现不同电压等级之间的直流电压转换。本专利技术通过上下两组链式子模块的应用减少了复杂组件的使用，降低了成本与控制难度，同时提高了系统的安全可靠性及效率。
27、本专利技术还提供了一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑的控制方法，该方法在实施时具有与该拓扑相似的效果，在此不再赘述。
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1.一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述上桥臂和所述下桥臂用于根据第一控制信号控制所述子模块的投入以调节输出电压至目标值；所述第一控制信号根据低压侧电压和参考电压之间的差值生成。
3.根据权利要求2所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述上桥臂和所述下桥臂还用于根据第二控制信号进行移相比控制，以保持所述上桥臂和所述下桥臂之间的能量平衡；所述第二控制信号根据所述上桥臂的所有子模块电容电压平均值和所述下桥臂的所有子模块电容电压平均值之差生成。
4.根据权利要求3所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述移相比的稳态值的计算式如下：
5.根据权利要求3所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述子模块采用半桥型子模块，每个所述半桥型子模块均包括两个IGBT，两个IGBT的触发脉冲控制信号互补，若其中一个I
6.根据权利要求5所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述上桥臂和所述下桥臂还用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号进行电压和移相比的调节，以保持子模块电容电压稳定。
7.根据权利要求3所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，还包括：PI控制器，所述PI控制器用于生成所述第一控制信号和第二控制信号。
8.根据权利要求1所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述模块化多电平直流变压器采用阶梯波准两电平调制。
9.一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任一项所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，包括：
10.根据权利要求9所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑的控制方法，其特征在于，所述移相比的稳态值的计算式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述上桥臂和所述下桥臂用于根据第一控制信号控制所述子模块的投入以调节输出电压至目标值；所述第一控制信号根据低压侧电压和参考电压之间的差值生成。
3.根据权利要求2所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述上桥臂和所述下桥臂还用于根据第二控制信号进行移相比控制，以保持所述上桥臂和所述下桥臂之间的能量平衡；所述第二控制信号根据所述上桥臂的所有子模块电容电压平均值和所述下桥臂的所有子模块电容电压平均值之差生成。
4.根据权利要求3所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述移相比的稳态值的计算式如下：
5.根据权利要求3所述的适用于多电压等级直流电网的模块化多电平直流变压器拓扑，其特征在于，所述子模块采用半桥型子模块，每个所述半桥型子模块均包括两个igbt，两个igbt的触发脉冲控制信号互补，...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡海青，岳菁鹏，乔雪峰，顾浩瀚，安然然，梁晓兵，伍文聪，欧开健，陈炜，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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