MMC制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
MMC型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法及系统


[0001]本专利技术属于能量路由器
，更具体地，涉及一种
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法及系统
。

技术介绍

[0002]基于电力电子变压器的新能源机组电力电子能量互联变换器（能量路由器）是实现
100%
可再生能源独立电网的多电压等级交直流柔性互联及多端口电能控制的核心装备，对大幅提升能源利用效率和柔性互联交直流电网具有重大意义
。
[0003]考虑到在子模块电容纹波抑制策略中，电力电子变压器子模块功率波动传递到低压直流侧，导致隔离级
DAB
（
dual active bridge
）高频电流幅值呈现相应波动，且过大波动将会增加隔离级开关器件导通损耗和电流应力
。
开关管损耗占比较大，已成为工程中能量路由器效率提高的主要障碍
。
优化
DAB
变换器的调制策略可以减小电流应力，一些文献提出了拓展移相控制或双重移相控制下的
DAB
移相角优化选取方法，大都在建立所有运行模态的电感电流应力与电压调节比
、
传输功率及移相角之间的数学关系，然后推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件
。
也有文献通过对内外移相角之间的关系重新约束，将影响电流应力最大的调制系数设置为0来减小电流应力
。
但是以上所需控制方法复杂，未有效利用好能量路由器这一装置的拓扑优势
。
因此，如何结合该装置的拓扑设计一种简单易行的子模块电容电压纹波抑制方法已成为能量路由器体积优化设计
、
降低成本的关键问题
。

技术实现思路

[0004]为解决该问题，本专利技术以优化高频电流有效值为目标，提出一种
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法及系统，采用上下桥臂高频耦合与偶次谐波环流注入控制相结合的策略，该策略可同时消除传递到低压直流侧波动功率的基频和二倍频谐波成分，大大减小了隔离级功率模块中开关管的电流应力
。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法，采用以下方法对子模块的电容二倍频纹波进行抑制：（1）将
MMC
型电能路由器的
MMC
拓扑结构中的子模块的电容电压参考值
U
C_ref
与单相的子模块的电容电压平均值做差，得到子模块的电容电压二倍频纹波分量；（2）将所述子模块的电容电压二倍频纹波分量进行
PI
调节得到所需注入的二倍频环流参考值
i
c2ref_j
；（3）将所述二倍频环流参考值
i
c2ref_j
与直流环流参考值
I
dcref_j
及交流侧电流参考值
i
s_ijref
叠加，得到
MMC
拓扑结构的桥臂电流的参考值
i
ijref
；（4）将
MMC
拓扑结构的桥臂电流的参考值
i
ijref
与实际值
i
ij
做差后进行比例
‑
重复控制，输出桥臂附加调制信号
△
u
ij
；（5）将桥臂附加调制信号
△
u
ij
与桥臂平均调制信号叠加后得到桥臂的实际调制信
号，进而通过载波移相调制得到桥臂上每个子模块的开关信号
。
[0006]本专利技术第二方面提供一种
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法，采用以下方法对基频电容电压纹波进行抑制：（1）控制低压直流母线电压
V
lvdc
稳定在给定电压参考值
V
lvdc_ref
，得到
MMC
型电能路由器中的所有的
DAB
模块的平均移相角
Φ
；（2）将
MMC
型电能路由器的
MMC
拓扑结构中的全部子模块的电容电压平均值
V
sm_avg
与
j
相
h
桥臂的子模块的电容电压平均值
V
sm_avg_jh
作差，以计算两者的实际偏差，得到桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
；其中，
j=a
，
b
，
c
；
h
代表上
、
下桥臂；（3）将所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行比例
‑
重复控制，输出附加移相角
△
Φ
jh
；（4）将所述平均移相角
Φ
与所述附加移相角
△
Φ
jh
作差，得到
j
相
h
桥臂的
DAB
模块的实际移相角
Φ
jh
，从而通过
DAB
模块将上
、
下桥臂子模块的直流电容的基频波动功率传递到
DAB
模块的二次侧耦合母线，实现
MMC
拓扑结构的子模块的基频电容电压纹波的全抑制
。
[0007]基于上述，将所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行比例
‑
重复控制，输出附加移相角
△
Φ
jh
的方法包括：利用重复控制器对所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行计算，得到第一控制信号；将所述第一控制信号与所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行求和，得到校正偏差；将所述校正偏差进行比例控制，得到附加移相角
△
Φ
jh
。
[0008]基于上述，所述重复控制器包括重复控制器内模
G(z)
和补偿环节
S(z)
，所述重复控制器内模
G(z)
和补偿环节
S(z)
为串联连接；所述重复控制器内模
G(z)
的离散域传递函数表达式为：其中，
N
为一个工频周期的采样次数，
Q(z)
是一个小于1的常数或具有低通性质的函数；补偿环节
S(z)
的离散域传递函数表达式为：其中，
K
r
为补偿环节的增益，
z
k
为补偿环节的超前相位补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法，其特征在于，采用以下方法对子模块的电容二倍频纹波进行抑制：（1）将
MMC
型电能路由器的
MMC
拓扑结构中的子模块的电容电压参考值
U
C_ref
与单相的子模块的电容电压平均值做差，得到子模块的电容电压二倍频纹波分量；（2）将所述子模块的电容电压二倍频纹波分量进行
PI
调节得到所需注入的二倍频环流参考值
i
c2ref_j
；（3）将所述二倍频环流参考值
i
c2ref_j
与直流环流参考值
I
dcref_j
及交流侧电流参考值
i
s_ijref
叠加，得到
MMC
拓扑结构的桥臂电流的参考值
i
ijref
；（4）将
MMC
拓扑结构的桥臂电流的参考值
i
ijref
与实际值
i
ij
做差后进行比例
‑
重复控制，输出桥臂附加调制信号
△
u
ij
；（5）将桥臂附加调制信号
△
u
ij
与桥臂平均调制信号叠加后得到桥臂的实际调制信号，进而通过载波移相调制得到桥臂上每个子模块的开关信号
。2.
一种
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法，其特征在于，采用以下方法对基频电容电压纹波进行抑制：（1）控制低压直流母线电压
V
lvdc
稳定在给定电压参考值
V
lvdc_ref
，得到
MMC
型电能路由器中的所有的
DAB
模块的平均移相角
Φ
；（2）将
MMC
型电能路由器的
MMC
拓扑结构中的全部子模块的电容电压平均值
V
sm_avg
与
j
相
h
桥臂的子模块的电容电压平均值
V
sm_avg_jh
作差，以计算两者的实际偏差，得到桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
；其中，
j=a
，
b
，
c
；
h
代表上
、
下桥臂；（3）将所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行比例
‑
重复控制，输出附加移相角
△
Φ
jh
；（4）将所述平均移相角
Φ
与所述附加移相角
△
Φ
jh
作差，得到
j
相
h
桥臂的
DAB
模块的实际移相角
Φ
jh
，从而通过
DAB
模块将上
、
下桥臂子模块的直流电容的基频波动功率传递到
DAB
模块的二次侧耦合母线，实现
MMC
拓扑结构的子模块的基频电容电压纹波的全抑制
。3.
根据权利要求2所述的
MMC
型电能路由器子模块电容电压纹波抑制方法，其特征在于，将所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行比例
‑
重复控制，输出附加移相角
△
Φ
jh
的方法包括：利用重复控制器对所述桥臂子模块电容电压波动量
△
v
sm_jh
进行计算，得到第一控制信号；将所述第一控制信号与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王要强，贾显益，赖锦木，王克文，尹昕，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：