[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

说明书

本发明提供了一种模块化多电平固态变压器及其子模块功率均衡控制方法，其中：模块化多电平固态变压器的架构为MMC子模块直流端和IBDC进行互联，实现具备中压交流，中压直流，低压交流，低压直流的多端口变换器结构。在该MMC‑SST中，本发明取消MMC子模块电容电压平衡控制环，提出MMC同桥臂子模块采用共占空比控制，后级IBDC采用子模块电容电压均衡控制和低压直流母线电压控制方式，以实现MMC‑SST的模块功率均衡。相比于现有的MMC‑SST控制策略，本发明解决了由MMC‑SST模块中IBDC由于内部元件参数偏差所导致的功率不均衡问题，从而均衡模块之间的电流应力，并提高MMC‑SST的运行效率。

技术领域

本发明涉及电力系统中智能配电网技术、电力电子技术、控制技术领域，具体地，涉及一种模块化多电平固态变压器及其子模块功率均衡控制方法。

背景技术

可再生能源往往以分布式电源的形式接入配电网，转化为电能供给终端用户。然而，传统配电网的运行模式基本是以供方主导、单向辐射状供电为主，其配电一次控制设备(有载调压器、联络开关等)调控能力欠缺，难以满足可再生能源和负荷频繁波动时配电网的高精度实时运行优化需求，且在配网的规划设计阶段和运行管理中，均未考虑分布式电源的接入。随着分布式电源接入量的不断增加，更有电动汽车的快速普及，储能和可控负荷的持续增多，现有配电网架构已很难满足新能源消纳、灵活调控及用户对环境保护、供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。

因此，随着电力电子技术的发展，未来配电系统将通过固态变压器形成多电压等级多电压形态的交直流混合配电架构。固态变压器位于多类型配电网络的中心节点处，将取代传统的配电变压器，需要满足多端口、高变比、多电压形态、故障隔离、高效电能传输等基本需求，并实现多向功率可控、提供多种即插即用接口等高级功能。

经检索，西班牙Oviedo大学的F.Briz等人在第13届International Conferenceon Industrial Informatics(INDIN)国际会议上发表的“MMC based SST”(2015)论文中，提出了一种基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)和隔离型双向DC-DC(Isolated Bidirectional DC-DC Converter,IBDC)的固态变压器(Solid StateTransformer,SST)拓扑结构，实现多种交直流配电网的互联，如图1所示。

现有的MMC-SST控制策略如图2所示。MMC侧采用中压直流电压/无功功率外环控制，以及有功无功电流内环控制，并输出桥臂参考电压；与此同时，采用MMC各桥臂内部子模块电容电压平衡控制环，该控制环将输出附加参考电压，并叠加到各桥臂参考电压上，从而调节桥臂内部各子模块的占空比，保证模块电容电压平衡。IBDC单元则采用低压直流电压控制策略，各单元通过控制环路所输出的同一个占空比实现低压侧电压调节。

MMC-SST中，其子模块由一个MMC子模块(Submodule,SM)和一个IBDC级联而成，现有的控制策略可实现子模块内部电容电压平衡，然而，当IBDC模块内部元件参数出现偏差时，该控制策略无法维持模块功率均衡，导致各模块低压直流侧输出电流不等，模块内部器件将会承担不同的电流应力，影响装置工作性能及运行效率。因此，MMC-SST亟需一种模块均衡控制策略，在维持子模块内部电容电压平衡的同时，实现桥臂内部各子模块的功率均衡。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提出一种模块化多电平固态变压器(MMC-SST)及其子模块功率均衡控制方法置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的第一个方面，提供了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，包括：