一种抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器及其控制方法，该方案具有效率高、输出交流电压谐波小、高度模块化等优点，在高压大功率系统中已展现出及其重要的工程应用前景，目前正逐步推广应用于可再生能源并网、电机驱动、轨道交通等领域。本发明专利技术所提出的一种抑制电容电压波动的MMC及其控制方法，不仅能得到与传统三相MMC相同的输出电压特性，且在不同输出频率及输出电流下均能消除子模块储能电容的低频电压波动，从而减少储能电容的容量及备用数量，进而有效减少换流阀及换流器所占体积。本发明专利技术实现的这种无低频脉动分量的子模块电容电压波动特性是现有三相MMC无法实现的。

A New Modular Multilevel Converter for Suppressing Voltage Fluctuation of Capacitor and Its Control Method

The present invention relates to a new modular multi-level converter and its control method, which has the advantages of high efficiency, low harmonic of output AC voltage and high modularity. It has shown its important engineering application prospects in high-voltage and high-power systems, and is being gradually applied to renewable energy grid-connected, motor-driven, rail transit and other fields. Domain. The proposed MC and its control method can not only obtain the same output voltage characteristics as the traditional three-phase MMC, but also eliminate the low-frequency voltage fluctuation of the energy storage capacitor of the sub-module at different output frequencies and currents, thereby reducing the capacity of the energy storage capacitor and the number of standby capacitors, thereby effectively reducing the volume of the converter valve and converter. The voltage fluctuation characteristics of the sub-module capacitor without low frequency fluctuation component realized by the present invention are not realized by the three-phase MMC.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器及其控制方法
本专利技术涉及一种三相模块化多电平换流器及其子模块的新拓扑及其控制方法，属于多电平电力电子变换器

技术介绍
相对于传统的两电平和三电平换流器，模块化多电平换流器(MMC)具有效率高、输出交流电压谐波小、高度模块化等特点，在高压大功率系统中已展现出及其重要的工程应用前景，目前正逐步推广应用于可再生能源并网、电机驱动、轨道交通等领域。传统的三相MMC各相桥臂子模块独立运行，忽略环流影响，每相上桥臂(下桥臂)需承担该相的直流电流和一半的输出交流电流，每相交直流侧之间存在瞬时有功功率不平衡，不平衡有功功率由子模块内的储能电容以工作频率充放电的形式加以缓冲。通常MMC用于连接直流系统与工作频率为50Hz到60Hz的交流系统，因而子模块内的储能电容主要存在低频电压波动。理论分析表明，MMC电容电压波动大小与输出电流幅值成正比，与输出频率成反比。因此，对于采用MMC驱动带恒转矩负载低速运行的电机的场合，子模块电容电压波动将会很大，从而影响交流侧输出波形质量，严重时甚至会影响MMC的正常运行。为限制子模块电容电压波动幅值在接受范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器，其特征在于，所述多电平换流器包括每相均包含相同的独立直流侧电源1.1及1.2，每相在交流侧输出和直流侧中点串联有相同的负载电阻1.8和负载电感性1.9；换流器包含上下两个相同的桥臂1.10及1.11，每个桥臂由N个相同的新型子模块1.4串联组成，上下桥臂之间在每相内通过相同的两个桥臂电感1.6及1.7连接，每个新型子模块在每相中有相同的拓扑结构，三相之间通过共用一个储能电容1.5连接。

【技术特征摘要】
1.一种抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器，其特征在于，所述多电平换流器包括每相均包含相同的独立直流侧电源1.1及1.2，每相在交流侧输出和直流侧中点串联有相同的负载电阻1.8和负载电感性1.9；换流器包含上下两个相同的桥臂1.10及1.11，每个桥臂由N个相同的新型子模块1.4串联组成，上下桥臂之间在每相内通过相同的两个桥臂电感1.6及1.7连接，每个新型子模块在每相中有相同的拓扑结构，三相之间通过共用一个储能电容1.5连接。2.根据权利要求1所述的抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器，其特征在于，所述每个新型子模块包含两个全控型双向开关T1、T2及一个逆导型IGBTT3,每个全控型双向开关由两个逆导型IGBT反向串联组成，T1及T2的两端分别连接储能电容的正极和T3的集电极、储能电容的负极和T3的发射极。3.根据权利要求1所述的抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器，其特征在于，每个新型子模块每相均含两个输出端口，分别连接在T3两端，端口可输出0电平或一个电容电压电平。4.一种抑制电容电压波动的新型模块化多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)通过调制方法，由三相调制波ref_I,ref_II,ref_III(其中I，II，III代指A，B或C)确定本控制周期内上桥臂/下桥臂中I,II,III各相需要投入的储能电容的数量kI，kII和kIII；2)分别采样上桥臂/下桥臂中各储能电容的电压ucp/ucn，并按升序排序得到上桥臂和下桥臂的电容电压升序向量[ucp1,ucp2,...,ucpn]和[ucn1,ucn2,…,ucnn]；3)采样上桥臂/下桥臂中A,B,C各相的桥臂电流ipa、ipb、ipc/ina、inb、inc并降序排序，得到上桥臂及下桥臂降序电流向量[ipI,ipII,ipIII]和[inI,inII,inIII]；分别判断ipa、ipb、ipc...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓富金，吕泳庆，王青松，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32