[发明专利]一种模块化多电平变换器环流抑制装置及方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平变换器环流抑制装置及方法，其中，所述环流抑制方法包括以下步骤：1)采集MMC各相上、下桥臂电流；2)计算各相环流；3)获取各相环流二倍频和四倍频分量；4)获取各相环流补偿量；5)获取各相环流抑制信号；6)将所述步骤5)中各相环流抑制信号对应地发送给MMC各相桥臂的子模块，以控制MMC各相桥臂子模块中半桥变换器的开关状态，从而实现对MMC各相环流的抑制。与现有技术相比，本发明能同时对MMC各相环流的二倍频分量和四倍频分量进行有效抑制，使输出电压更加平滑，本发明的装置结构简单，所提出的环流抑制方法有效可靠。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种模块化多电平变换器环流抑制方法。

背景技术

电力电子变换器作为实现电能变换的核心装置，在电能产生、电力传输、电力应用等环节起着不可或缺的作用，被广泛应用于无功补偿、有源电力滤波、直流输电等领域。MMC(Modular multilevel converter，模块化多电平变换器)具有良好的拓展性、开关损耗低、容错能力强等优点，尤其适用于高压大功率应用场合。以三相系统为例，MMC的拓扑结构如图1所示，每一相单元由上、下两个桥臂构成，每个桥臂由N个结构相同的子模块sm与一个桥臂电感L串联而成；各桥臂包含的子模块数相等，所串联的桥臂电感L的值也相等，输出由两个桥臂中点引出；每个子模块sm由一个半桥变换器(S₁和S₂构成)和储能电容C_SM组成，通过控制半桥变换器开关管的通断状态，即可控制储能电容C_SM投入桥臂电路或者从桥臂电路中切出。

由于MMC子模块中电容数量庞大，容易导致桥臂间能量分配不均，各相子模块输出电压之和与直流母线电压不相等，从而产生交流侧环流，交流侧环流叠加在桥臂电流上，使得桥臂电流发生畸变，增加功率开关器件额定电流容量和系统成本，造成功率开关器件发热严重，甚至烧毁，影响MMC的使用寿命。MMC子模块电容电压的主要成分是基波分量，而基波分量可以在输出电压产生二倍频分量，二倍频分量又能在环流中产生二次谐波，若不能有效抑制，二次谐波又会激发四次谐波，如此循环，使得环流中含有大量偶次谐波分量，其中以二倍频和四倍频分量为主。

由MMC的环流特性可知，环流中只存在偶次谐波，其中(6k-4，k＝1,2,3……)次为负序，(6k-2)次为正序，6k次为零序，且以二次、四次为主。现有MMC环流抑制技术只能单独对单相或者三相中的某一相进行环流抑制，无法对三相同时进行环流抑制，且主要是抑制减少环流中的二倍频分量，而没有抑制减少四倍频分量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化多电平变换器环流抑制装置及方法，能够同时实现对二倍频和四倍频环流分量的有效抑制，提高MMC环流抑制效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种模块化多电平变换器环流抑制装置，包括环流计算模块、二倍频陷波器、四倍频陷波器、环流参考比较模块和准比例谐振器，所述环流计算模块的输入连接到MMC各相的输出端，其输出端分别连接到所述二倍频陷波器、所述四倍频陷波器的输入端，所述二倍频陷波器和所述四倍频陷波器的输出端均连接到所述环流参考比较模块的输入端，所述环流参考比较模块的输出端连接到所述准比例谐振器的输入端，所述准比例谐振器的输出端连接到MMC各相桥臂的子模块，

所述环流计算模块用于采集各相上、下桥臂电流并计算输出各相环流；

所述二倍频陷波器用于对各相环流进行陷波处理，以提取输出各相环流的二次谐波信号；

所述四倍频陷波器用于对各相环流进行陷波处理，以提取输出各相环流的四次谐波信号；

所述环流参考比较模块用于计算各相环流的二倍频分量和四倍频分量，之后分别对二倍频分量、四倍频分量与参考环流进行比较，以得到各相环流补偿量；