一种基于模块化多电平的九开关变换器及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模块化多电平的九开关变换器及控制方法，基于模块化多电平的九开关变换器由三组并联的支路组成，每组支路由上、中和下三个串联的桥臂组成，每组支路的上桥臂与中桥臂的连接点作为并联侧母线连接端，每组支路的中桥臂与下桥臂的连接点通过串联变压器接入串联侧母线，九开关变换器通过串联侧连接端的三相输出电压指令值对串联侧母线电网进行调制控制，通过并联侧连接端的三相输出电压指令值对并联侧母线电网进行调制控制。本发明专利技术技术方案提供了一种基于模块化多电平的九开关变换器拓扑结构及基于九开关变换器的控制方法，有利于提高统一潮流控制器的容量等级，有效改善输出电压电流谐波性能，从而提高输电网络运行的整体价值。

A nine switch converter and its control method based on modular multilevel

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块化多电平的九开关变换器及控制方法
本专利技术涉及交直流混合输配电网中关键装备的实现和控制方法
，具体涉及一种基于模块化多电平的九开关变换器及控制方法。
技术介绍
柔性交流输电系统(FACTS)是应用于交流输电系统的电力电子装置，具备对电压电流的可控性，当装置与系统并联时可对系统电压和无功功率进行控制，当装置与系统串联时可对电流和潮流进行控制。FACTS通过增加输电网络的传输容量，从而提高输电网络的价值，FACTS控制装置动作速度快，因而能够扩大输电网络的安全运行区域。电力电子装置FACTS最早用于直流输电系统中并实现了对输送功率的快速控制，由此人们想在交流系统中加装FACTS，寻求对潮流的可控，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本，静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)、晶闸管投切串联电容器(TCSC)和统一潮流控制器(UPFC)都是基于FACTS技术的产品。随着电力系统规模日益扩大，对于接入的FACTS装置的容量和可靠性都提出越来越高的要求。统一潮流控制器(UPFC)作为一种功能强大，调节系统潮流最为灵活的FACTS装备，得到了广泛的研究。传统的九开关变换器是传统三相背靠背变换器的衍生结构，通过复用的方式将12个开关元件简化为9个。但是由于器件耐压通流水平的约束，UPFC容量有限，不能有效改善输出电压电流的谐波性能。
技术实现思路
为了解决UPFC容量有限以致不能有效调节电网输出电压电流谐波性能的问题，本专利技术提供一种基于模块化多电平的九开关变换器及控制方法。通过本方法，提出基于模块化多电平的九开关变换器拓扑结构，并基于九开关变换器拓扑结构提出九开关变换器对串联侧母线电网和并联侧母线电网的调制控制方法，使九开关变换器具有很强的扩展性和灵活性，并在实现高电压、大功率变换的同时，不影响开关频率，有效改善输出电压电流的谐波性能。本专利技术提供的一种基于模块化多电平的九开关变换器，其改进之处在于，包括：所述基于模块化多电平的九开关变换器由三组并联的支路组成，每组支路由上、中和下三个串联的桥臂组成；每组支路的上桥臂与中桥臂的连接点作为并联侧母线连接端；每组支路的中桥臂与下桥臂的连接点通过串联变压器接入串联侧母线。优选的，所述桥臂由串联的桥臂电抗和阀组组成，所述阀组包含n个串联的子模块。进一步的，所述子模块包含子模块电容C、功率模块T1和功率模块T2，所述功率模块T1的阳极连接所述功率模块T2的阴极，所述功率模块T2的阳极通过所述子模块电容C连接所述功率模块T1的阴极，所述功率模块T1的阳极和所述功率模块T2的阴极的连接点为子模块的阳极，所述功率模块T1的阴极和所述模块电容C的连接点为子模块的阴极。进一步的，所述功率模块由IGBT模块反并联一个二极管组成，所述功率模块的阳极为所述IGBT模块的集电极，所述功率模块的阴极为所述IGBT模块的发射极。一种基于模块化多电平的九开关变换器控制方法，其改进之处在于，包括：九开关变换器利用串联侧母线电网的三相电压确定串联侧连接端的三相输出电压指令值，并利用所述串联侧连接端的三相输出电压指令值对串联侧母线电网进行调制控制；或者九开关变换器利用并联侧母线电网的三相电压确定并联侧连接端的三相输出电压指令值，并利用所述并联侧连接端的三相输出电压指令值对并联侧母线电网进行调制控制。优选的，所述九开关变换器利用串联侧母线电网的三相电压确定串联侧连接端的三相输出电压指令值，包括：采集串联侧母线电网的三相电压ura、urb和urc，经过park变换后得到电网受端电压d轴分量urd和q轴分量urq；利用所述电网受端电压d轴分量urd和q轴分量urq确定电网电流的d轴指令值iLdref和线路电流的q轴指令值iLqref；将所述电网电流的d轴指令值iLdref和所述线路电流的q轴指令值iLqref分别减去串联侧母线电网电流d轴分量iLd和电网电流q轴分量iLq，并通过dq解耦控制获取电压内环d轴分量指令值usrdref和q轴分量指令值usrqref；将所述电压内环d轴分量指令值usrdref和所述电压内环q轴分量指令值usrqref分别减去串联变压器电压d轴分量usrd和变压器电压q轴分量usrq，并通过PI比例积分调节器获取电流内环d轴分量指令值i2dref和q轴分量指令值i2qref；将所述电流内环d轴分量指令值i2dref和q轴分量指令值i2qref分别减去串联侧连接端的输出电流d轴分量i2d和串联侧连接端的输出电流q轴分量i2q，并通过dq解耦控制获取串联侧连接端的三相输出电压指令值d轴分量u2dref和串联侧三相输出电压指令值q轴分量u2qref；将所述串联侧连接端的三相输出电压指令值d轴分量u2dref和所述串联侧三相输出电压指令值q轴分量u2qref通过反park变换获取串联侧连接端的三相输出电压指令值u2aref、u2bref和u2cref。进一步的，利用所述电网受端电压d轴分量urd和q轴分量urq，通过下式确定电网电流的d轴指令值iLdref和线路电流的q轴指令值iLqref：上式中，Pref为有功指令值、Qref为无功指令值。优选的，所述九开关变换器利用并联侧侧母线电网的三相电压确定并联侧连接端的三相输出电压指令值，包括：采集并联侧母线电网的三相电压usa、usb和usc，经过park变换后得到电网送端电压d轴分量usd和q轴分量usq；将直流侧电压指令值Udcref减去直流侧电压采样值Udc，并通过PI比例积分调节器获取并联侧连接端的输出电流d轴分量指令值i1dref；将无功分量Q减去无功指令值Qref，并通过PI比例积分调节器获取的值加上无功分量Q乘以的积，确定为并联侧连接端的输出电流q轴分量指令值i1qref；将所述并联侧输出电流d轴分量指令值i1dref和所述并联侧输出电流q轴分量指令值i1qref分别减去并联侧输出电流d轴分量id和并联侧输出电流q轴分量iq，并通过dq解耦控制获取并联侧三相输出电压指令值d轴分量u1dref和并联侧三相输出电压指令值q轴分量u1qref；将所述并联侧三相输出电压指令值d轴分量u1dref和所述并联侧三相输出电压指令值q轴分量u1qref通过反park变换获取并联侧连接端三相输出电压指令值u1aref、u1bref、u1cref。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：本专利技术提供了一种基于模块化多电平的九开关变换器及控制方法，提出基于模块化多电平的九开关变换器拓扑结构，并基于九开关变换器拓扑结构提出九开关变换器对串联侧母线电网和并联侧母线电网的调制控制方法。与传统的九开关变换器相比，基于模块化多电平的九开关变换器各功率单元结构相同，可以互换，便于设计和维修，具有很强的扩展性和灵活性。同时，基于模块化多电平的九开关变换器能够在高电压、大功率的场合下，不影响开关频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化多电平的九开关变换器，所述基于模块化多电平的九开关变换器由三组并联的支路组成，其特征在于，每组支路由上、中和下三个串联的桥臂组成；/n每组支路的上桥臂与中桥臂的连接点作为并联侧母线连接端；/n每组支路的中桥臂与下桥臂的连接点通过串联变压器接入串联侧母线。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化多电平的九开关变换器，所述基于模块化多电平的九开关变换器由三组并联的支路组成，其特征在于，每组支路由上、中和下三个串联的桥臂组成；
每组支路的上桥臂与中桥臂的连接点作为并联侧母线连接端；
每组支路的中桥臂与下桥臂的连接点通过串联变压器接入串联侧母线。


2.如权利要求1所述的九开关变换器，其特征在于，所述桥臂由串联的桥臂电抗和阀组组成，所述阀组包含n个串联的子模块。


3.如权利要求2所述的九开关变换器，其特征在于，所述子模块包含子模块电容C、功率模块T1和功率模块T2，所述功率模块T1的阳极连接所述功率模块T2的阴极，所述功率模块T2的阳极通过所述子模块电容C连接所述功率模块T1的阴极，所述功率模块T1的阳极和所述功率模块T2的阴极的连接点为子模块的阳极，所述功率模块T1的阴极和所述模块电容C的连接点为子模块的阴极。


4.如权利要求3所述的九开关变换器，其特征在于，所述功率模块由IGBT模块反并联一个二极管组成，所述功率模块的阳极为所述IGBT模块的集电极，所述功率模块的阴极为所述IGBT模块的发射极。


5.一种基于权利要求1-4任一项所述基于模块化多电平的九开关变换器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
九开关变换器利用串联侧母线电网的三相电压确定串联侧连接端的三相输出电压指令值，并利用所述串联侧连接端的三相输出电压指令值对串联侧母线电网进行调制控制；或者
九开关变换器利用并联侧母线电网的三相电压确定并联侧连接端的三相输出电压指令值，并利用所述并联侧连接端的三相输出电压指令值对并联侧母线电网进行调制控制。


6.如权利要求5所述的九开关变换器控制方法，其特征在于，所述九开关变换器利用串联侧母线电网的三相电压确定串联侧连接端的三相输出电压指令值，包括：
采集串联侧母线电网的三相电压ura、urb和urc，经过park变换后得到电网受端电压d轴分量urd和q轴分量urq；
利用所述电网受端电压d轴分量urd和q轴分量urq确定电网电流的d轴指令值iLdref和线路电流的q轴指令值iLqref；
将所述电网电流的d轴指令值iLdref和所述线路电流的q轴指令值iLqref分别减去串联侧母线电网电流d轴分量iLd和电网电流q轴分量iLq，并通过dq解耦控制获取电压内环d轴分量指令值usrdref和q轴分量指令值usrqref；
将...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彩虹，盛万兴，段青，马春艳，沙广林，李振，李鹏华，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11