[发明专利]基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统，其特征在于，包括至少两个三电平变换器，所述三电平变换器包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括四个串联的IGBT管，各相桥臂使用二极管进行钳位到直流中点电容；

每两个三电平变换器的直流侧并联，交流侧每一相的桥臂中点通过耦合电感异名端并联，形成一个子模块，每个子模块通过输出电感与交流负载相连；

使用基于无差拍环流控制器对三电平变换器间的环流进行控制，在调制波内加入当前三电平变换器与变换器系统第一个子模块中第一台三电平变换器零序调制波的差值及无差拍控制器的输出值来控制环流；

abc三相电流经过坐标变换得到i_d，i_q和i_z，i_d和i_q经过PI控制器得到三相调制波，i_z使用无差拍环流控制器对其控制，无差拍控制器输入为等效电感，电流，电阻等参数；

其中无差拍控制器需要模块1的两台变换器环流信息i_z1与i_z2，与耦合电感的参数自感L_sub1、互感M_sub1，输出电感的参数Lg_sub1，以及需要控制的模块k的两台变换器信息i_z(2k-1)、i_z(2k)、L_subk、M_subk、Lg_subk，模块k的两台变换器(第(2k-1)与(2k)台变换器)的无差拍控制器及零序调制波差值之和的输出madd(2k-1),madd(2k)的形式如下：

其中：m_a、m_b、m_c为三相调制波的取值，U_dc为直流母线的电压值、M_subk为变换器系统第k个子模块耦合电感互感值、L_subk为变换器系统第k个子模块耦合电感自感值、Lg_subk为变换器系统第k个子模块输出电感值、m_z(2k-1)为变换器系统第k个子模块第一台变换器的零序调制波、m_z1变换器系统第一个子模块中第一台变换器零序调制波。

2.如权利要求1所述的一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统，其特征在于，多个子模块相互并联实现并联的拓展。

3.如权利要求1所述的一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路包括：依次连接的调理电路、采样电路、控制器和驱动电路，控制器还与保护电路连接，所述驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

4.如权利要求3所述的一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统，其特征在于，保护电路实现变换器系统的过压过流保护；调理电路将霍尔传感器测得的相关信号进行调理，得到采样电路可以接收的模拟信号；采样电路将调理好的模拟信号转换为数字量传送给控制器；控制器用来产生控制系统正常运行的驱动信号。

5.一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统的控制方法，其特征在于，包括：每个子模块的三电平变换器的三角载波周期相同，且互差180度；n个子模块间中所有子模块的第一个三电平变换器之间的三角载波互差180/n度；

使用基于无差拍环流控制器对三电平变换器间的环流进行控制，在调制波内加入当前三电平变换器与变换器系统第一个子模块中第一台三电平变换器零序调制波的差值及无差拍控制器的输出值来控制环流；

abc三相电流经过坐标变换得到i_d，i_q和i_z，i_d和i_q经过PI控制器得到三相调制波，i_z使用无差拍环流控制器对其控制，无差拍控制器输入为等效电感，电流，电阻等参数；

其中无差拍控制器需要模块1的两台变换器环流信息i_z1与i_z2，与耦合电感的参数自感L_sub1、互感M_sub1，输出电感的参数Lg_sub1，以及需要控制的模块k的两台变换器信息i_z(2k-1)、i_z(2k)、L_subk、M_subk、Lg_subk，模块k的两台变换器(第(2k-1)与(2k)台变换器)的无差拍控制器及零序调制波差值之和的输出madd(2k-1),madd(2k)的形式如下：

其中：m_a、m_b、m_c为三相调制波的取值，U_dc为直流母线的电压值、M_subk为变换器系统第k个子模块耦合电感互感值、L_subk为变换器系统第k个子模块耦合电感自感值、Lg_subk为变换器系统第k个子模块输出电感值、m_z(2k-1)为变换器系统第k个子模块第一台变换器的零序调制波、m_z1变换器系统第一个子模块中第一台变换器零序调制波。