[发明专利]一种桥臂不对称时上下桥臂电容能量的平衡方法

说明书

本发明一种桥臂不对称时上下桥臂电容能量的平衡方法，应用于模块化多电平变换器桥臂子不对称等效电路模型中，就是消除MMC桥臂子模块数量不对称模型中致使正负半波不对称的直流分量的方法。针对MMC桥臂子模块数量不对称模型下正负半波不对称、上下桥臂电容能量不平衡的情况，利用运算电路、正弦波发生器、PI调节模块和PWM调制技术，对开关器件进行控制，对导致正负半波不平衡的直流分量进行补偿和消除，达到输出平衡且稳定的目的。本发明主要特征就是针对正负半波不对称，对直流分量进行消除。本发明有利于使MMC在桥臂子模块数量不对称情况下稳定输出，且使输出接近于正弦波。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种消除模块化多电平变换器(MMC) 桥臂子模块数量不对称模型中致使正负半波不对称的直流分量的方法，即一种桥臂不对称时上下桥臂电容能量的平衡方法。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter(MMC))这种结构最初由德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquardt提出，见图1，每相由两个桥臂组成，一共由六个桥臂组成，一般为双数桥臂，成为正(上)桥臂，和负(下)桥臂。每个桥臂的结构相同，由N个模块和一个电感串联组成，每个模块由一个半桥和一个电容组成。半桥的上下管互补工作，当上管开通时，下管截止，电容被串联接入电路进行充电或放电；当上管截止，下管开通时，电容被旁路。显然通过控制开关管的开通和截止，就可以控制串联在电路中的电容数量，如果每个模块电容容量相同，并且电压相同且平均值等于Vd/N，则可以通过控制电容的接入数量就可以改变输出电压。

该模块化多电平变换器全部由电力电子器件搭建，正负桥臂的电阻、电感是很难做到完全相等的，总会有一些误差难以避免地存在，或者在特殊时候模型内某一个桥臂或者某几个桥臂故障，则模型的正负桥臂数量处于不对称状态，易产生谐波和桥臂环流，不仅可能使得波形的畸变影响输出质量，还会增加器件的损耗，使得对开关器件的要求提高。并且环流可能造成输出电压正负半波不对称，即正负桥臂电容电压平均值将不相等，这会使输出电压和电流中含有直流分量，该直流成分会对外接的变压器等设备带来影响，如果三相桥臂均不对称，则三相电容Cac中的直流和谐波成分会不一样，会在三相桥臂之间产生能量交换，从而影响系统的稳定性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种桥臂不对称时上下桥臂电容能量的平衡方法。是一种采用受控恒流源代替正负桥臂模块电容不对称产生的干扰项的模块化多电平变换器桥臂子不对称模型。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种桥臂不对称时上下桥臂电容能量的平衡方法，应用于模块化多电平变换器桥臂子不对称等效电路模型中，该等效模型分为交流电路部分和直流电路部分；

直流电路部分包括两个直流电源V_d/2、电感L_dc、电阻R_dc、电容C_dc和受控源S_c2并联组成第一模块，两个直流电源V_d/2、电感L_dc、电阻R_dc及第一模块串联连接；

交流电路部分包括电容C_ac和受控源S_c1并联组成的第二模块、电感L_ac、电阻R_ac以及负载Load，第二模块、电感L_ac、电阻R_ac以及负载Load串联连接；

交直流电路部分通过网络T₁、T₂耦合连接；

其平衡方法包括以下步骤：

步骤一：测量出正负桥臂模块电容的电压和，再把它们相减，其差值经过 LPF滤掉其中的交流成分，得到直流分量；

步骤二：将直流成分经过PI调节得出一增益；