[发明专利]一种模块化多电平变流器的五级子模块电容电压平衡控制方法

说明书

本发明提供了一种模块化多电平变流器的五级子模块电容电压平衡控制方法，在现有控制方法上叠加额外的桥臂间能量平衡控制分量，与现有桥臂内电压平衡控制方法相结合，适用于半桥子模块、全桥子模块和混合子模块多电平电路。五级子模块电容电压平衡控制方法分别包括第一级单个子模块电容电压闭环反馈控制、第二级半桥臂电容电压闭环反馈控制、第三级全桥臂电容电压闭环反馈控制、第四级两桥臂间电容电压闭环反馈控制和第五级三相三桥臂间电容电压闭环反馈控制。发明的控制方法有助于提高系统在不同负载工况下的稳定性，改善直流输电系统电容电压的电能质量，降低模块化多电平输电系统的投资成本，提高子模块电容电压的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种电力系统领域的模块化多电平变流器的五级子模块电容电压平衡控制方法。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境污染等问题的日益严峻，世界各国正在大力开发和利用清洁能源，然而鉴于人口大量膨胀和供输电线路有限，因此，迫切需要更加灵活、经济、环保的输电方式实现更加稳定高效的电能输送。模块化多电平变流器(Module MultilevelConverter，MMC)技术有效的提供了供电方式和质量，解决了开关器件的耐压问题。同时，由于这种变换器采用高度的模块化结构，具备很强的可扩展性，因此被广泛用来实施柔性直流输电。

但是，模块化多电平结构需要对子模块进行电容电压控制，从而实现稳定的交-直-交电压变换。授权公告号为CN103066567B的专利提出了一种基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，需要采集大量的子模块工作状态信息进行电压排序，进而控制投切子模块数，这种方法耗费大量的软件工作量和额外的设备，增加了成本。授权公告号为CN102130619B的中国专利提出一种模块化多电平变流器的均压控制方法，具体是检测处于电压值最高或最低的子模块，通过判断是投入还是切除，实现均压控制，但该方法需要添加额外的判断方式控制装置，增加了系统成本，并且判断方法只有一种，当判断出现失误或误差时，会导致整个系统瘫痪。授权公告号为CN103095167B的中国专利通过检测和控制子模块各自电压值和桥臂电容电压平均值实现部分均压功能，但未考虑整个模块化多电平系统的均压控制，包括半桥臂电容电压和桥臂间电容电压等控制等功能，均压稳定性并不高。

综上所述，现有的子模块电容电压平衡控制技术主要是通过大量的编程、检测和排序软件控制或额外附加其它器件实现辅助控制，增加了成本和不确定的因素，对于可靠稳定的电容电压平衡控制，这些控制方法或策略在实际应用方面难度较大。因此，有必要研究一种依靠自身系统闭环控制的多级子模块电容电压控制方法，既可以不增加额外的硬件消耗，又能够实现可靠的子模块电容电压稳定性控制，可广泛应用于直流输电系统中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种多级电容电压平衡控制方法，适用于半桥(Half Bridge)、全桥(Full Bridge)和混合(Mixture Bridge)子模块电路。本发明仅通过系统内部闭环控制策略即可实现对子模块电容电压的均衡控制，无需额外硬件控制，改善直流输电系统电容电压的电能质量，降低模块化多电平输电系统的投资成本，提高子模块电容电压的稳定性和可靠性。为解决上述技术问题，本发明所采用的具体技术方案为：

一种模块化多电平变流器的五级子模块电容电压平衡控制方法，包括输入直流电源，所述直流电源与模块化多电平变流器相连，输出通过LCL型滤波器接负载。三相模块化多电平变流器包括三相串有子摸块的桥臂，桥臂分为上桥臂和下桥臂，上下桥臂可以由半桥、全桥和混合子模块构成，上下桥臂结构对称，中间通过各自的电感连接到中性输出点，半桥臂子模块数为n个，单相全桥臂子模块数为2n个。其中每个子模块包括两个串联的IGBT半导体器件，含有旁路反向二极管和一个与串联的IGBT相并联的电容。中性点经滤波器输出后接负载运行，相应的IGBT均受触发信号控制其开关状态。