模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法、装置及设备，涉及多电平电力电子换流器技术领域。本发明专利技术通过电压参考和调制方法计算各相子模块(submodule，SM)的占空比，再结合采样得到的子模块电容电压计算得到谐波电压。然后，通过引入准比例谐振(PR)控制器抑制桥臂谐波电压，从而抑制环流谐波。该控制方法可以很容易地由数字信号处理器(DSP)执行，而无需访问现场可编程门阵列(FPGA)中获得的开关信号，适用于单相或多相系统；此外，该方法不需要采集桥臂电流。法不需要采集桥臂电流。法不需要采集桥臂电流。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及多电平电力电子换流器
，具体为模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]由于模块化的结构、灵活的可扩展性、高效率等特点，模块化多电平换流器(MMC)近年来在中高压大功率工业应用领域得到了广泛应用，例如高压直流输电系统，柔性交流输电系统、中压电机驱动、统一潮流控制器和电力电子变压器等。MMC的环流是各相电流的共模成分，不仅包含直流电流，还包含谐波电流，一方面，它增加了臂电流的有效值，并增加了成本；另一方面，它增加了损耗，降低了功率器件的寿命，现有技术中常采用MMC的环流抑制方法对环流谐波的抑制，从而降低臂电流的有效值，减小损耗。
[0003]针对MMC的环流抑制控制方法，现有技术需要采样桥臂电流，桥臂电流的获取增加了传感器和采样电路，增加了成本，并降低了可靠性，为此我们提出模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法、装置及设备。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法、装置及设备，可以很容易地由DSP执行，而无需访问FPGA中获得的开关信号，适用于单相或多相系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法，包括如下步骤：
[0006]接收模块化多电平换流器上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
，然后分别计算得到上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
；
[0007]接收上、下桥臂各子模块的电容电压数据u
cuj_1
～u
cuj_N
,u
clj_1
～u
clj_N
，并根据上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
，计算得到谐波电压u
diff_j
；
[0008]将谐波电压u
diff_j
输入准比例谐振控制器，利用准比例谐振控制器实现谐波电压u
diff_j
的无静差控制，并将其控制到参考值0，得到准比例谐振控制器的输出电压u
diff_jref
；
[0009]将准比例谐振控制器的输出电压u
diff_jref
叠加在参考电压u
j_ref
上，使得环流谐波被抑制为0。
[0010]进一步的，所述上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
的计算方法为：根据有功功率和无功功率的控制目标，通过闭环控制器使得有功功率和无功功率被控制为给定值，该闭环控制器输出为参考电压u
j_ref
，结合环流抑制控制器的输出电压u
diff_jref
，以及直流侧电压U
dc
，则上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
可以被计算为：
[0011][0012]进一步的，上、下桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和d
lj_1
～d
lj_N
的计算方法具体如下：
[0013]根据载波层叠脉宽调制原理，利用所述上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
，在每个载波周期内，只有一个载波可以与所述桥臂参考相交，由所述桥臂参考和载波的幅值的比值得到该载波对应的占空比，从而得到所述各个桥臂子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和d
lj_1
～d
lj_N
。
[0014]进一步的，所述谐波电压u
diff_j
的计算方法具体如下：
[0015]根据所述上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
，以及上桥臂各子模块的电容电压u
cuj_1
～u
cuj_N
、下桥臂各子模块的电容电压u
clj_1
～u
cl
，代入以下公式：则可以得到所述谐波电压u
diff_j
，其中U
dc
为直流侧电压；d
uj_i
和d
lj_i
分别为上、下桥臂N个子模块的占空比；u
caui
和u
cali
分别为上、下桥臂各子模块的电容电压。
[0016]进一步的，所述准比例谐振(PR)控制器的传递函数为：
[0017][0018]其中，ω
r
为谐振频率，为了消除所述谐波电压u
diff_j
，将ω
r
设置为2倍基波角频率；K
p
和K
r
分别为比例系数和积分系数；ω
c
影响控制器增益和控制器带宽。
[0019]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种模块化多电平换流器环流谐波抑制控制装置，包括：
[0020]第一计算模块，用于接收模块化多电平换流器上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
，然后分别计算得到上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
；
[0021]第二计算模块，用于接收上、下桥臂各子模块的电容电压数据u
cuj_1
～u
cuj_N
,u
clj_1
～u
clj_N
，并根据上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
，计算得到谐波电压u
d
i
ff_j
；
[0022]控制模块，用于将谐波电压u
diff_j
输入准比例谐振控制器，利用准比例谐振控制器实现谐波电压u
diff_j
的无静差控制，并将其控制到参考值0，得到准比例谐振控制器的输出电压u
diff_jref
；
[0023]环流抑制模块，用于将准比例谐振控制器的输出电压u
diff_jref
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法，其特征在于，包括如下步骤：接收模块化多电平换流器上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
，然后分别计算得到上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
；接收上、下桥臂各子模块的电容电压数据u
cuj_1
～u
cuj_N
,u
clj_1
～u
clj_N
，并根据上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
，计算得到谐波电压u
diff_j
；将谐波电压u
diff_j
输入准比例谐振控制器，利用准比例谐振控制器实现谐波电压u
diff_j
的无静差控制，并将其控制到参考值0，得到准比例谐振控制器的输出电压u
diff_jref
；将准比例谐振控制器的输出电压u
diff_jref
叠加在参考电压u
j_ref
上，使得环流谐波被抑制为0。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法，其特征在于，所述上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
的计算方法为：根据有功功率和无功功率的控制目标，通过闭环控制器使得有功功率和无功功率被控制为给定值，该闭环控制器输出为参考电压u
j_ref
，结合环流抑制控制器的输出电压为u
diff_jref
，以及直流侧电压U
dc
，则上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
可以被计算为：3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法，其特征在于，所述上、下桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和d
lj_1
～d
lj_N
的计算方法具体如下：根据载波层叠脉宽调制原理，利用所述上、下桥臂参考y
uj_ref
和y
lj_ref
，在每个载波周期内，只有一个载波可以与所述桥臂参考相交，由所述桥臂参考和载波的幅值的比值得到该载波对应的占空比，从而得到所述各个桥臂子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和d
lj_1
～d
lj_N
。4.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器环流谐波抑制控制方法，其特征在于，所述谐波电压u
diff_j
的计算方法具体如下：根据所述上桥臂第N个子模块的占空比d
uj_1
～d
uj_N
和下桥臂N个子模块的占空比d
lj_1
～d
lj_N
，以及上桥臂各子模块的电容电压u
cuj_1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓富金，蒋慧杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：