一种模块化多电平换流器分布式均压子模块拓扑和控制方法技术

一种模块化多电平换流器实现分布式均压控制的子模块拓扑结构和实现分布式均压的控制方法。分布式均压控制子模块拓扑在原半桥或全桥子模块的基础上，增加均压模块，包括辅助IGBT模块和均压电感。所述分布式均压控制方法通过控制均压模块中IGBT的导通和关断，实现子模块电容和均压电感间进行能量的交换，维持子模块电容电压的稳定。忽略暂态过程对均压电感的参数进行了设计。所述分布式均压子模块拓扑和控制方法集成在子模块内，系统级控制将不用再关注子模块电容均压问题，简化了控制系统设计。计。计。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器分布式均压子模块拓扑和控制方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电，电机驱动，电能存储系统，新能源并网发电，交流电网异步互联等领域，特别涉及一种模块化多电平换流器的子模块电容分布式均压拓扑和控制方法。

技术介绍

[0002]模块化多电平换流器因其结构模块化、输出特性好、谐波含量少、易于级联等优势，在特高压柔性直流输电，电机驱动，电能存储系统，新能源并网发电，交流电网异步互联等高压大功率场所有广阔的应用前景，得到了国内外学者的广泛关注与研究。学术界针对模块化多电平换流器的研究主要集中在数学模型、子模块拓扑结构、调制方法、子模块电容均压和桥臂环流控制等方面。其中，子模块电容电压是影响模块化多电平换流器稳定运行和输出特性的关键。因此，保持子模块电容电压平衡是模块化多电平换流器控制的首要任务。
[0003]目前，针对模块化多电平换流器子模块电容电压均衡主要通过设计均压算法来控制。但压算法在高压大功率领域模块化多电平换流器子模块数量成倍增加时，计算量和数据采集速度要求迅速增加，对控制系统硬件要求较高，软件设计困难，大大降低了其实用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服模块化多电平换流器现有子模块电容电压波动抑制方法的缺点，提出一种分布式均压子模块拓扑和分布式均压控制方法。本专利技术的均压方法通过增加均压模块将均压控制集成到子模块内，实现分布式自均压控制，系统级控制将不再关注子模块均压问题，简化控制系统设计，增加工程实用性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：模块化多电平换流器各桥臂每个子模块在原半桥或全桥子模块的基础上增加了均压模块，其中，
[0006]均压模块与原半桥或全桥子模块并联，一端接于原半桥或全桥子模块的一端或电容器一端，另一端接于原半桥或全桥子模块另一端或电容器另一端构成分布式均压子模块；
[0007]均压模块包括两个桥臂和一个均压电感，每个桥臂由两个全控型开关模块组成；
[0008]均压电感串联在均压模块两个桥臂中间；
[0009]全控型开关模块均由带反并联二极管的IGBT组成。
[0010]进一步地，所述均压模块有两种工作状态，四种工作方式，由所述均压电感电流方向和子模块电容电压偏差决定均压模块工作于状态1下的两种方式或状态2下的两种方式。
[0011]进一步地，一种子模块分布式均压控制方法通过控制子模块电容和均压电感间能量的交换，保持电容电压的稳定，实现子模块电容电压的分布式控制。
[0012]进一步地，所述子模块分布式均压控制方法包括子模块电容电压采集模块，均压
电感电流采集和方向判别模块，子模块电容电压与给定值比较模块，滞环比较器模块，工作状态选择信号模块。
[0013]此外，所述均压电感参数选择满足下式：
[0014][0015]其中，L0为均压电感，α为子模块电容电压偏差系数，ω为电力系统角频率，C0为子模块电容。
附图说明
[0016]图1为子模块分布式均压模块化多电平换流器拓扑
[0017]图2为均压模块
[0018]图3为子模块分布式均压控制框图
[0019]图4为状态选择信号流程图
[0020]图5a、图5b、图5c、图5d为模块化多电平换流器子模块分布式均压控制仿真波形
具体实施方式
[0021]以下结合附图详细阐述本专利技术。所举实施例只用于解释说明、并非用于限定本专利技术的范围。凡在本专利技术的思想和原则之内所做的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
[0022]1.子模块分布式均压模块化多电平换流器拓扑
[0023]子模块分布式均压模块化多电平换流器拓扑如附图1所示，每相由2N个子模块和桥臂电感串联而成，上下桥臂各N个子模块，交流侧可输出N+1电平。分布式均压子模块拓扑主要由原半桥子模块、均压桥臂和均压电感构成。子模块分布式均压控制利用子模块电容电压的偏差来控制T3、T6或T4、T5的导通或关断，给均压电感储能或释能，实现电感和电容间能量的交换，最终保持电容电压的稳定。
[0024]2.子模块分布式均压原理
[0025]将附图1中的均压模块单独画出如附图2所示，设子模块电容电压和额定电压分别为U
c
和U0，均压电感电流为I
L
，规定图2中电感电流方向为正方向，此时I
L
>0。
[0026]当子模块电容电压高于额定值时，电容放电给均压电感储能，将电容的一部分能量储存到电感中，当电容电压低于额定值时，电感释能给电容充电，将电感的一部分能量储存到电容中，通过控制子模块电容和均压电感间能量的交换，保持电容电压的稳定，实现子模块电容电压的分布式控制。
[0027](1)均压电感电流方向与规定正方向一致时，即I
L
>0，若U
c
>U0，控制T3、T6导通，T4、T5关断，电容放电，均压电感储能，电容电压恢复到额定值；若U
c
<U0，控制T4、T5导通，T3、T6关断，均压电感释能，电容充电，电容电压恢复到额定值。
[0028](2)均压电感电流方向与规定正方向相反时，即I
L
<0，若U
c
>U0，控制T4、T5导通，T3、T6关断，电容放电，均压电感储能，电容电压恢复到额定值；若U
c
<U0，控制T3、T6导通，T4、T5关断，均压电感释能，电容充电，电容电压恢复到额定值。
[0029]根据所述子模块分布式均压原理，均压模块有两种工作状态，I
L
>0时，工作在状态
1，I
L
<0时，工作在状态2，如表1所示。
[0030]表1均压模块的工作状态
[0031][0032]根据电容电压的偏差及均压模块开关器件的状态又可分为4种工作情况。通过控制系统的设计可实现2种工作状态，4种工作方式间的转换，维持子模块电容电压的恒定。
[0033]3.子模块分布式均压控制
[0034]根据所述子模块分布式均压原理，所设计分布式均压控制方法如附图3所示，滞环比较强实现子模块电容电压偏差正负的判断，其输出作为均压模块的控制信号，经过状态选择信号S输出给均压模块。
[0035]状态选择信号S主要用来判断均压模块的工作状态，其实现流程如附图4所示。状态选择信号S＝1时，滞环比较强的输出直接作为均压模块T3、T6的控制脉冲；状态选择信号S＝0时，滞环比较强的输出取反后作为均压模块T3、T6的控制脉冲。均压模块T4、T5的控制脉冲与T3、T6相反。
[0036]4.压模块参数设计
[0037]设子模块电容电压偏差系数为α，不考虑电容电压调节的暂态过程，则子模块电容电压波动引起的充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器分布式均压子模块拓扑，其特征在于，单相或三相模块化多电平换流器各相各上下桥臂每个子模块在原半桥或全桥子模块的基础上增加了均压模块，其中，所述均压模块与原半桥或全桥子模块并联，一端接于原半桥或全桥子模块的一端或电容器一端，另一端接于原半桥或全桥子模块另一端或电容器另一端构成分布式均压子模块；所述均压模块包括两个桥臂，每个桥臂由两个全控型开关模块组成；所述均压电感串联在均压模块两个桥臂中间；所述全控型开关模块均由带反并联二极管的IGBT组成。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器分布式均压子模块，其特征在于，所述均压模块有两种工作状态，四种工作方式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：路涛涛，刘素影，武平，邱翀，任瑞军，王瑞强，孙小娣，
申请(专利权)人：路涛涛，
类型：发明
国别省市：