基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法技术

本发明专利技术属于级联型多电平变流器技术领域，尤其涉及基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法，由M个子模块组成的一组级联子模块；一组级联子模块的输出电压之和由一个电压传感器测量；M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数；在MMC应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块个数。对基于级联多电平变流器的电压传感器复用技术进行数学建模，从物理过程中抽象出电压传感器复用测量法的理论数学模型；通过评估采样过程中所得开关矩阵是否满秩，判断电容电压矩阵是否有唯一解；通过构造开关矩阵，加快电容电压矩阵的求解速度，减小求解难度；通过合理选取传感器采样时刻，构造开关矩阵，由矩阵运算得出本组所有子模块的电容电压值。有子模块的电容电压值。有子模块的电容电压值。

【技术实现步骤摘要】
基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法


[0001]本专利技术属于级联型多电平变流器
，尤其涉及基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量方法。

技术介绍

[0002]级联型多电平变流器采用串联若干低压功率单元的方式来实现高压输出，这种模块化结构易向更多电平数扩展，可工作于更高电压等级且输出谐波含量少；电路中单个开关器件分压小，且可保证开关器件较低工作频率运行，降低了开关损耗。
[0003]目前级联型多电平变流器的多模块设计对电压传感器的需求量大，使得级联型多电平变流器的建造与运行成本提高。
[0004]目前级联型多电平变流器子模块电压的测量方法主要分为两种：
[0005]第一种，每个电压传感器测量一个子模块的电容电压。采用上述方法得到的测量值准确，但需要大量的电压传感器，提高了变流器的建造与运行成本。
[0006]第二种，通过将子模块分组，每个电压传感器测量一组子模块的输出电压之和。电压采样仅发生在本组只有一个子模块开通的情况下。在两次电压采样动作之间，通过测算流经子模块电容的电流，对电容电压变化值进行估计；然而，采用上述方法，仅能在单个子模块开通时刻测量该子模块电容电压值，导致电容电压等效采样时间长，测量误差大，且会引起系统控制精度和相应速度下降。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于电压传感器复用的级联型变流器子模块电压测量方法，拟解决
技术介绍
中提到的技术问题。
[0008]解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案；
[0009]基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量电路，包括由M个子模块组成的一组级联子模块；一个电压传感器测量一组级联子模块的输出电压之和；所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数；在模块化多电平变流器(MMC)应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块个数。
[0010]基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：电压传感器检测每组级联子模块的输出电压之和，每组级联子模块均包含有M个子模块，所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数，并且在MMC应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块的个数；
[0012]步骤2：基于步骤1中电压传感器检测到每组级联子模块的输出电压之和，结合子模块输出电压由子模块开关信号和电容电压值的乘积标识，得到如下数学建模：
[0013]U
S
(t)＝s1(t)
×
U
cu1
(t)+s2(t)
×
U
cu2
(t)+
…
+s
M
(t)
×
U
cuM
(t)
[0014]其中U
S
(t)表示电压传感器在t时刻的测量值；
[0015]其中s
M
(t)表示第M个子模块在t时刻的开关信号；
[0016]其中U
cuM
(t)表示第M个子模块在t时刻的电容电压值。
[0017]步骤3：电压传感器在不同时刻进行M次采样后，构造如下矩阵：
[0018][0019]其中U
S
(t
M
)表示电压传感器在t
M
时刻的测量值；
[0020]其中s
M
(t
M
)表示第M个子模块在t
M
时刻的开关信号；
[0021]其中U
cuM
表示第M个子模块的电容电压。
[0022]步骤4：基于步骤3中的矩阵计算，得到本组所有子模块的电容电压值。
[0023]与现有技术相比本专利技术的有益效果是：
[0024]1.对基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量方法进行数学建模，抽象出电压传感器复用测量法的理论数学模型；基于得到的数学模型，首次将基于电压传感器复用的子模块电压测量过程化为矩阵表达形式。通过评估采样过程中所得开关矩阵是否满秩，可判断电容电压矩阵能否得到唯一解；通过合理构造开关矩阵的形式，可以加快电容电压矩阵的求解速度，降低求解难度。因此可以通过选取合适的传感器采样时刻，构造易于求解的开关矩阵，由矩阵运算快速解得本组所有子模块的电容电压值。
[0025]2.所提子模块电压解算方法基于数学模型，故可以通过数学证明论证方案合理性，并可基于理论分析进一步优化解决方案；可以大大减少级联多电平变流器中的电压传感器数量，同时实现所有子模块电容电压值的快速求解。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的子模块电容电压测量方法中的基于半桥子模块拓扑图。
[0027]图2为本专利技术的子模块电容电压测量方法中的基于全桥子模块拓扑图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]参见附图1和2，对本专利技术的最优实施例作进一步的说明；
[0030]基于电压传感器复用的级联型多电平变流器子模块电压测量电路，包括由M个子模块组成的一组级联子模块；一个电压传感器测量一组级联子模块的输出电压之和；所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数；在模块化多电平变流器(MMC)应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块个数。
[0031]每个子模块有两个引出端，分别为上端和下端，两端之间的电压为子模块输出电压，同一组级联子模块中前一子模块的下端与后一子模块的上端相连，以此类推形成级联结构。同一组级联子模块中的第一个子模块的上端连接电压传感器的正极测量端，最后一
个子模块的下端连接电压传感器的负极测量端，以测量一组级联子模块的输出电压之和；
[0032]参见图1所示，每个半桥子模块包含两个全控型开关管和对应的反并联二极管及一个直流储能电容，半桥子模块有两个引出端，分别为上端和下端，两端之间的电压为子模块输出电压，同一组级联子模块中前一子模块的下端和后一子模块的上端相连，以此类推形成级联结构；同一组级联子模块中第一个子模块的上端连接电压传感器的正极测量端，最后一个子模块的下端连接电压传感器的负极测量端，实现一组级联子模块输出电压之和的测量。
[0033]参见图2所示，每个全桥子模块包含四个全控型开关管和对应的反并联二级管以及一个直流储能电容，全桥子模块也有两个引出端，两端之间的电压为子模块输出电压，每组级联子模块中上一子模块的下端与下一子模块的上端相连，以此类推形成级联结构；每组级联子模块中的第一个子模块的上端连接电压传感器的正极侧量端；最后一个子模块的下端连接电压传感器的负极测量端，实现一组级联子模块输出电压之和的测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电压传感器复用的级联型变流器的子模块电压测量电路，其特征在于，包括由M个子模块组成的一组级联子模块；一个电压传感器测量一组级联子模块的输出电压之和；所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数。2.根据权利要求1所述的基于电压传感器复用的级联型变流器的子模块电压测量电路，其特征在于：在模块化多电平变流器应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块个数。3.根据权利要求1所述的基于电压传感器复用的级联型变流器的子模块电压测量电路，其特征在于：每个子模块有两个引出端，分别为上端和下端，两端之间的电压为子模块输出电压，同一组级联子模块中前一子模块的下端与后一子模块的上端相连，以此类推形成级联结构；同一组级联子模块中第一个子模块的上端连接电压传感器的正极测量端，最后一个子模块的下端连接电压传感器的负极测量端，以测量一组级联子模块的输出电压之和。4.基于电压传感器复用的级联型变流器的子模块电压测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：电压传感器检测每组级联子模块的输出电压之和，每组级联子模块均包含有M个子模块，所述M小于或等于级联型多电平变流器中子模块的个数，并且在模块化多电平变流器应用中所述M的个数小于或等于桥臂子模块的个数；步骤2：基于步骤1中电压传感器检测到的每组级联子模块的输出电压之和，结合子模块输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨顺风，宋文胜，王海宇，冯晓云，高仕斌，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：