模块化多电平变换器谐波注入系统和方法技术方案

用以改进模块化多电平变换器的操作的系统和方法。一些实施例包括具有第一有源电力连接模块的第一上臂和具有第二有源电力连接模块的第一下臂，第一上臂有助于产生处于基础频率的第一交流电力的第一部分，并且有助于在第一上臂中注入基础频率的第一偶次电流谐波，第一下臂有助于产生第一交流电的第二部分，其中第一交流电的第一部分和交流电的第二部分被组合以有助于在第一交流端子处输出第一交流电力，并且有助于在第一下臂中注入第一偶次电流谐波，其中第一偶次电流谐波的量值在第一交流端子处为零。 1

Modular multilevel converter harmonic injection system and method

Systems and methods for improving the operation of modular multilevel converters. Some embodiments include the first arm with the first active power connection module and the first lower arm having the second active power connection module, and the first arm helps to produce the first part of the first alternating electric power at the base frequency, and helps to inject the first couple of current harmonics at the base frequency in the first arm. The arm helps to produce second parts of the first alternating current, in which the first part of the first alternating current and the second part of the alternating current are combined to help output the first AC power at the first AC terminal, and help to inject the first couple of harmonics in the first arm, of which the amount of the first even current harmonics is measured. Zero at the first AC terminal. One

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化多电平变换器谐波注入系统和方法关于由联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术是在美国海军研究办公室授予的合同编号N00014-14-C-0103的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
技术介绍
本专利技术总体上涉及模块化多电平变换器(MMC)，更具体地，涉及改进模块化多电平变换器的能量存储能力。通常，模块化多电平变换器可以用于电压系统，例如高压直流(HVDC)系统或高压交流(HVAC)系统。更具体地，可以采用模块化多电平变换器以在交流(AC)电力和直流(DC)电力之间进行变换。例如，在HVDC系统中，模块化多电平变换器可以将从AC电网接收到的高压AC电力变换为供应到DC电网或存储部件(例如电池)的高压DC电力。此外，模块化多电平变换器可以将从DC电网或存储部件接收到的高压DC电力变换为供应到AC电网的高压AC电力。
技术实现思路
以下总结了与初始要求保护的专利技术范围相一致的某些实施例。这些实施例不希望限制所主张的专利技术的范围，相反，这些实施例仅希望提供本专利技术的可能形式的简要概述。实际上，本专利技术可涵盖可类似于或不同于下文阐述的实施例的多种形式。在一个实施例中，模块化多电平变换器包括具有第一有源电力连接模块的第一上臂，其中第一有源电力连接模块将第一超级电容器与第一上臂选择性地连接和断开，以有助于产生处于基础频率的第一交流电力的第一部分，并有助于在第一上臂中注入基础频率的第一偶次电流谐波。模块化多电平变换器包括具有第二有源电力连接模块的第一下臂，其中第二有源电力连接模块将第二超级电容器与第一下臂选择性地连接和断开，以有助于产生第一交流电的第二部分，其中第一交流电的第一部分和交流电的第二部分被组合以有助于在第一交流端子处输出第一交流电力并在第一下臂中注入第一偶次电流谐波，其中第一偶次电流谐波的量值在第一交流端子处为零，其中当模块化多电平变换器操作时，第一偶次电流谐波有助于减小在第一超级电容器中流动的均方根电流和在第二超级电容器中流动的均方根电流。在另一个实施例中，电力系统包括电联接在直流侧和交流侧之间的模块化多电平变换器，其中模块化多电平变换器将处于基础频率的交流电力输出到交流侧。电力系统还包括可通信地联接到模块化多电平变换器的控制器，其中控制器：指示模块化多电平变换器选择性地连接和断开一个或多个存储部件以产生交流电力；确定模块化多电平变换器的操作参数；至少部分地基于操作参数确定谐波注入参数；以及至少部分地基于谐波注入参数指示模块化多电平变换器将处于基础频率的一个或多个偶次谐波注入到多电平变换器的支路中，使得所述一个或多个偶次谐波减小由一个或多个存储部件传导的电流的均方根。在另一个实施例中，一种有形的、非暂时性计算机可读介质，其存储可由控制器的处理器执行的指令。所述指令包括用于以下操作的指令：使用处理器指示模块化多电平变换器通过选择性地连接和断开存储电能的多个存储部件而将处于基础频率的交流电力输出到模块化多电平变换器的支路；使用处理器至少部分地基于传感器测量结果和从控制器传输到模块化多电平变换器的控制信号来确定模块化多电平变换器的操作参数；使用处理器至少部分地基于操作参数和校准数据确定谐波注入参数，其中校准数据描述操作参数与一组参数之间的关系，利用所述一组参数将基础频率的偶次谐波注入模块化多电平变换器的支路中以减小由所述多个存储部件中的每一个传导的电流的均方根；以及使用处理器至少部分地基于谐波注入参数指示模块化多电平变换器注入偶次谐波。附图说明当参考附图阅读下面的详细说明时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：图1是根据一个实施例的包括模块化多电平变换器的电压系统的框图；图2是根据一个实施例的包括多个有源电力连接模块的图1的模块化多电平变换器的框图；图3是根据一个实施例的图2的有源电力连接模块的框图；图4是根据一个实施例的用于操作图1的模块化多电平变换器的过程的流程图；图5A是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；图5B是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时上部超级电容器电流和下部超级电容器电流的曲线图；图5C是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时的上部超级电容器占空比的曲线图；图5D是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时的分支电流、上部超级电容器电压和下部超级电容器电压的曲线图；图6A是根据一个实施例的图5C的上部超级电容器占空比的频率分量的曲线图；图6B是根据一个实施例的图5A的上臂电流的频率分量的曲线图；图6C是根据一个实施例的图5B的上部超级电容器电流的频率分量的曲线图；图7A是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；图7B是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时的上部超级电容器电流和下部超级电容器电流的曲线图；图7C是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时的上部超级电容器占空比的曲线图；图7D是根据一个实施例的当在暂态逆变器模式下操作时的分支电流和上部存储部件电压以及下部存储部件电压的曲线图；图8A是根据一个实施例的图7C的占空比的频率分量的曲线图；图8B是根据一个实施例的图7A的上臂电流的频率分量的曲线图；图8C是根据一个实施例的图7B的上部存储部件电流的频率分量的曲线图；图9是根据一个实施例的用于调谐用于确定谐波注入参数的校准数据的过程的流程图；图10是根据一个实施例的表示校准数据的一部分的曲线图，该校准数据描述了当在稳态逆变器模式下操作时谐波注入角、调制指数和功率因数之间的关系；图11是根据一个实施例的表示校准数据的一部分的曲线图，该校准数据描述了当在稳态逆变器模式下操作时谐波注入量值、调制指数和功率因数之间的关系；图12是根据一个实施例的用于在模块化多电平变换器中注入谐波的过程的流程图；图13A是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；图13B是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时上部存储部件电流和下部存储部件电流的曲线图；图13C是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时图3的功率存储模块的占空比的曲线图；图13D是根据一个实施例的当在具有谐波注入的稳态逆变器模式下操作时分支电流和上部存储部件电压以及下部存储部件电压的曲线图；图14A是根据一个实施例的图13C的占空比的频率分量的曲线图；图14B是根据一个实施例的图13A的上臂电流的频率分量的曲线图；图14C是根据一个实施例的图13B的上部存储部件电流的频率分量的曲线图；图15是根据一个实施例的当在稳态逆变器模式下操作时具有谐波注入和不具有谐波注入的均方根存储部件电流的曲线图；图16A是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时上臂电流和下臂电流的曲线图；图16B是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时上部存储部件电流和下部存储部件电流的曲线图；图16C是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时图3的功率存储模块的占空比的曲线图；图16D是根据一个实施例的当在具有谐波注入的暂态逆变器模式下操作时分支电流和上部存储部件电压以及下部存储部件电压的曲线图；图17A是根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平变换器，包括：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模块化多电平变换器，包括：第一上臂，其包括第一有源电力连接模块，其中所述第一有源电力连接模块被配置成将第一超级电容器与所述第一上臂选择性地连接和断开，以有助于：产生处于基础频率第一交流电力的第一部分；和在所述第一上臂中注入所述基础频率的第一偶次电流谐波；第一下臂，其包括第二有源电力连接模块，其中所述第二有源电力连接模块被配置成地将第二超级电容器与所述第一下臂选择性地连接和断开，以有助于：产生第一交流电的第二部分，其中第一交流电的第一部分和交流电的第二部分被组合以有助于在第一交流端子处输出第一交流电力；和在所述第一下臂中注入所述第一偶次电流谐波，其中所述第一偶次电流谐波的量值在所述第一交流端子处为零；其中，所述第一偶次电流谐波被配置成，当所述模块化多电平变换器操作时减小在所述第一超级电容器中流动的均方根电流和在所述第二超级电容器中流动的均方根电流。2.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，包括正直流端子和负直流端子，所述正直流端子和所述负直流端子被配置成将所述模块化多电平变换器电联接到直流侧；其中，所述第一交流端子被配置成将所述模块化多电平变换器电联接到交流侧；并且其中，所述模块化多电平变换器被配置成，当通过仅使用存储在所述第一超级电容器和所述第二超级电容器中的电能来产生所述第一交流电力的所述第一部分和所述第一交流电力的第二部分而输出所述第一交流电力时绕过所述直流侧。3.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其中：所述第一有源电力连接模块和所述第二有源电力连接模块被配置成基于从控制器接收到的控制信号选择性地连接和断开所述第一超级电容器和所述第二超级电容器，其中所述控制信号指示所述第一偶次电流谐波的谐波注入参数；并且所述控制器被配置成至少部分地基于所述模块化多电平变换器的操作参数来确定所述谐波注入参数。4.根据权利要求3所述的模块化多电平变换器，其中：所述谐波注入参数包括所述第一偶次电流谐波相对于所述第一交流电力的量值和角度；并且所述操作参数包括所述模块化多电平变换器的操作模式、功率因数、调制指数、使用系数或它们的任意组合，其中所述操作模式包括暂态逆变器模式和稳态逆变器模式。5.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，包括：第二上臂，其包括第三有源电力连接模块，其中所述第三有源电力连接模块被配置成将第三超级电容器与所述第二上臂选择性地连接和断开，以有助于：产生处于所述基础频率的第二交流电力的第一部分；和在所述第二上臂中注入所述基础频率的第二偶次电流谐波；第二下臂，其包括第四有源电力连接模块，其中所述第四有源电力连接模块被配置成将第四超级电容器与所述第二下臂选择性地连接和断开，以有助于：产生所述第二交流电力的第二部分，其中所述第二交流电力的所述第一部分和所述第二交流电力的所述第二部分被组合以有助于在第二交流端子处输出所述第二交流电；和在所述第二下臂中注入所述第二偶次电流谐波，其中所述第二偶次电流谐波的量值在所述第二交流端子处为零。6.根据权利要求5所述的模块化多电平变换器，其中：所述模块化多电平变换器被配置成输出单相交流电力；并且所述第一偶次电流谐波和所述第二偶次电流谐波的量值相等、频率相等且异相180°。7.根据权利要求5所述的模块化多电平变换器，包括：第三上臂，其包括第五有源电力连接模块，其中所述第五有源电力连接模块被配置成将第五超级电容器与所述第三上臂选择性地连接和断开，以有助于：产生处于所述基础频率的第三交流电力的第一部分；和在所述第三上臂中注入所述基础频率的第三偶次电流谐波；第三下臂，其包括第六有源电力连接模块，其中所述第六有源电力连接模块被配置成将第六超级电容器与所述第三下臂选择性地连接和断开，以有助于：产生所述第三交流电力的第二部分，其中所述第三交流电力的所述第一部分和所述第三交流电力的所述第二部分被组合以有助于在第三交流端子处输出所述第三交流电；和在所述第三下臂中注入所述第三偶次电流谐波，其中所述第三偶次电流谐波的量值在所述第三交流端子处为零。8.根据权利要求7所述的模块化多电平变换器，其中：所述模块化多电平变换器被配置成输出三相交流电力；并且所述第一偶次电流谐波、所述第二偶次电流谐波和所述第三偶次电流谐波的量值和频率相等，并且彼此异相120°。9.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器，其中：所述第一偶次电流谐波的频率是所述基础频率的二倍频率；所述第一有源电力连接模块被配置成将所述第一超级电容器与所述第一上臂选择性地连接和断开，以有助于在所述第一上臂中注入所述基础频率的第二偶次电流谐波；所述第二有源电力连接模块被配置成将所述第二超级电容器与所述第一下臂选择性地连接和断开，以有助于在所述第一下臂中注入第二偶次电流谐波；并且所述第二偶次电流谐波的频率是所述基础频...

【专利技术属性】
技术研发人员：T萨迪莱克，张迪，Z周，东栋，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US