[发明专利]单电感模块化多电平变流器及其控制方法

权利要求书

1.一种单电感模块化多电平变流器，其特征在于所述的变流器每相由上桥臂、上桥臂电感器和下桥臂串联构成，所述的上桥臂和上桥臂电感串联，再和下桥臂串联；每个桥臂由若干个功率子模块（SM）串联构成；每个子模块（SM）由一个半桥逆变单元和一个直流储能电容构成，每个半桥逆变单元由两只带反并联二极管的全控电力电子开关器件串联组成，直流储能电容与串联的两只全控电力电子开关器件并联。

2.权利要求1所述的单电感模块化多电平变流器的控制方法，其特征在于所述的控制方法包括如下步骤：

（1）测量每相上下桥臂电流，计算出各相电流i_out：

i_out＝i_up-i_down

其中i_up表示上桥臂电流，i_down表示下桥臂电流；

（2）根据能量守恒条件，计算出直流侧输入变流器电流的给定值i_in^*，直流侧输入变流器电流的给定值i_in^*表达式为：

i_in^*＝P/U_dc

其中U_dc表示直流侧母线电压，P表示交流侧单相输出的平均功率；

（3）计算出上、下桥臂各直流子模块电压之和的平均值，将上、下桥臂各直流子模块电压之和的平均值与直流侧母线电压值相减，将所得的值送入PI调节器中，得到的结果作为变流器输出电流的修正，加入到直流侧输入变流器电流的给定值i_in^*中；

（4）根据上桥臂电流i_up与交流侧输出电流i_out，计算出直流侧输入变流器电流的实际值i_in，直流侧输入变流器电流的实际值i_in的表达式为：

i_in＝i_up-0.5i_out

（5）将直流侧输入变流器电流的给定值i_in^*和实际值i_in之差送入PI调节器中，得到的结果为桥臂电压的修正值Δ(u_up+u_down)，u_up与u_down分别表示上桥臂电压与下桥臂电压；

（6）测量上桥臂电压u_L，送入带通滤波器提取其中的基波分量u_L0，并计算出下桥臂电压的补偿分量u'_L，下桥臂电压的补偿分量u'_L的表达式为：

u′_L＝u_L-2u_L0；

（7）根据交流侧给定电压值直流侧母线电压U_dc、桥臂电压修正值Δ(u_up+u_down)以及下桥臂电压补偿分量u'_L，计算出上给定电压和下桥臂给定电压其表达式为：

uup*=Udc2-uout*+0.5×Δ(uup+udown)]]>

udown*=Udc2+uout*+0.5×Δ(uup+udown)+uL′;]]>

（8）根据步骤（7）得到的上桥臂的给定电压和下桥臂的给定电压计算上桥臂开通模块个数n_up和下桥臂开通模块个数n_down：

nup=uup*/Uc*]]>

ndown=udown*/Uc*]]>

其中表示模块电容电压给定值；

（9）测量所述的模块化多电平变流器每个桥臂各个子模块（SM）直流电容电压的大小，将测量的电容电压顺序排列：上桥臂模块按照电容电压由小到大的顺序排列，模块序号依次为p_{up_1},p_{up_2},…,p_{up_N}；上桥臂模块电压按照电容电压由大到小的顺序排列，模块序号依次为q_{up_1},q_{up_2},…,q_{up_N}；下桥臂模块按照电容电压由小到大的顺序排列，模块序号依次为p_{down_1},p_{down_2}…,p_{down_N}；下桥臂模块按照电容电压由大到小的顺序排列，模块序号依次为q_{down_1},q_{down_2}…,q_{down_N}，其中N表示各桥臂模块个数；

（10）根据上桥臂电流选择上桥臂所需开通模块：如果上桥臂电流大于0，则开通序号分别为p_{up_1},p_{up_2},…,的模块；如果上桥臂电流小于0，则开通序号分别为q_{up_1},q_{up_2},…,的模块；

（11）根据下桥臂电流选择下桥臂所需开通模块：如果下桥臂电流大于0，则开通序号分别为p_{down_1},p_{down_2}…,的模块；如果下桥臂电流小于0，则开通序号分别为q_{down_1},q_{down_2}…,q_{down_down}的模块。