[发明专利]模块化多电平固态变压器及其子模块功率均衡控制方法

权利要求书

1.一种模块化多电平固态变压器中子模块功率均衡控制方法，其特征在于，

所述模块化多电平固态变压器拓扑采用MMC的子模块单元SM和隔离型双向DC-DC变换器单元互联以实现中低压配电网间的功率传递，并提供中压直流，中压交流，低压直流，低压交流四类端口；

所述模块化多电平固态变压器的功率模块由1个SM和其级联的1个隔离型双向DC-DC变换器单元构成，其输入端通过SM串联形成A相上桥臂，其输出端通过IBDC并联形成低压直流母线，同一桥臂的功率模块形成了串入并出架构，各功率模块将具有相同的输入电流和输出电压；

所述子模块功率均衡控制方法包括：

在同一桥臂内的各SM模块，采用相同占空比的控制方式，以满足如下条件：

s₁＝s₂＝...＝s_N

其中，s₁,s₂,...,s_N分别为MMC的桥臂第1,2,…,N个子模块的占空比函数；

在MMC侧，采用中压直流及无功功率控制外环和有功及无功电流控制内环，去掉电容电压平衡控制环路；

在同一桥臂内的各SM模块，采用隔离型双向DC-DC变换器单元对电容电压进行控制，以满足如下条件：

U₁＝U₂＝...＝U_N

其中，U₁,U₂,...,U_N分别为MMC的桥臂第1,2,…,N个子模块的电容电压；

在隔离型双向DC-DC变换器侧，采用低压直流电压与模块电容电压相结合的平衡控制方式，其中，低压直流电压控制环输出相同的参考占空比至各隔离型双向DC-DC变换器单元，模块电容电压平衡控制环则输出附加占空比，叠加在参考占空比上，实现各隔离型双向DC-DC变换器单元的不同占空比输出，在实现低压直流母线电压稳定控制的同时，调节模块功率均衡；

选取其中一个隔离型双向DC-DC变换器单元作为调节模块，该调节模块的附加占空比采用其他N-1个隔离型双向DC-DC变换器单元所输出的附加占空比之和，以保证N个隔离型双向DC-DC变换器单元的占空比对应N个控制目标；其中，所述N个控制目标包括：1个低压直流输出电压控制目标以及N-1个模块电容电压平衡控制目标。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平固态变压器中子模块功率均衡控制方法，其特征在于，在MMC侧，采用中压直流-无功功率控制外环和有功/无功电流控制内环，去掉电容电压平衡控制环路的方法为：

在中压直流-无功功率控制外环：根据中压直流电压的参考值和实际值的偏差，通过PI控制，输出有功电流参考值；根据中压交流侧无功功率参考值和实际值的偏差，通过PI控制，输出无功电流参考值；

在有功/无功电流控制内环：根据有功电流的参考值和实际值的偏差，通过PI控制，输出交流电压参考值的d轴分量；根据无功电流的参考值和实际值的偏差，通过PI控制，输出交流电压参考值的q轴分量。

3.根据权利要求1所述的模块化多电平固态变压器中子模块功率均衡控制方法，其特征在于，在同一桥臂内的各SM模块，采用相同占空比的控制方式为：

有功/无功电流内环所输出的交流电压参考值的d、q轴分量，通过dq-abc坐标系变换模块，输出A、B、C三相交流电压参考值，0.5倍中压直流电压参考值减去A相交流电压参考值，得到A相上桥臂输出电压参考值；0.5倍中压直流电压参考值加上A相交流电压参考值，得到A相下桥臂输出电压参考值；0.5倍中压直流电压参考值减去B相交流电压参考值，得到B相上桥臂输出电压参考值；0.5倍中压直流电压参考值加上B相交流电压参考值，得到B相下桥臂输出电压参考值；0.5倍中压直流电压参考值减去C相交流电压参考值，得到C相上桥臂输出电压参考值；0.5倍中压直流电压参考值加上C相交流电压参考值，得到C相下桥臂输出电压参考值；得到的6个桥臂电压参考值通过载波移相调制，形成6个占空比信号，并驱动6个桥臂的各SM模块的开关动作，从而实现同一桥臂的各SM模块的相同的占空比控制。