[发明专利]一种无母线电压传感器的模块化多电平整流器及其可控整流方法

权利要求书

1.一种无母线电压传感器的模块化多电平整流器，其特征在于，包括：

三个相单元，每一相单元包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂由N个串联连接的子模块和一个桥臂电感L_arm组成；

子模块，由两个开关器件和一个电容器组成；

模块化多电平整流器(MMC-Rectifier)整流桥传感器检测系统，包括线电流传感器，线电压传感器，子模块电容电压传感器和桥臂电感电流传感器，移除了输出端直流母线电压传感器；

3个PI控制器，标记为PI₁、PI₂、PI₃，PI₁用于直流母线电压的闭环控制，PI₂用于电网输入MMC-Rectifier有功功率电流分量的闭环控制，PI₃用于电网输入MMC-Rectifier无功功率电流分量的闭环控制；

所述模块化多电平整流器(MMC-Rectifier)的输入端通过滤波电感与电网电压相连，输出端为直流母线电压侧，所述电网为三相交流电网，所述输出端与负载或直流电网相连。

2.如权利要求1所述无母线电压传感器的模块化多电平整流器可控整流的方法，其特征在于，直流母线输出预测电压值，按式(1)～式(4)计算得到：

式中，V_{cap_a(i)},V_{cap_b(i)},V_{cap_c(i)}为a，b，c三个相单元中每相第i个子模块的电容电压值，N为每个桥臂上模块数，V_{ave_a},V_{ave_b},V_{ave_c}为a，b，c三个相单元中每相子模块电容电压的平均值，V_{dc_out_pre}为预测的直流母线输出实时电压值，其中每相第i个子模块的电容电压由MMC整流桥传感器检测系统中的子模块电容电压传感器测量所得。

3.根据权利要求2所述无母线电压传感器的模块化多电平整流器可控整流的方法，其特征在于，还包括滤波算法，所述滤波算法为一个周期内直流母线输出端直流电压的平均值，并作为下一个控制周期的直流母线输出电压反馈值，通过滤波算法可减少预测算法得到的输出端直流电压的波动，从而降低电网输入电流的谐波量。

4.根据权利要求3所述无母线电压传感器的模块化多电平整流器可控整流的方法，其特征在于，通过整流器所需输出直流电压值确定直流母线电压参考值，将直流母线电压参考值减去所述通过滤波算法的直流母线输出电压反馈值，该电压差值作为PI₁控制器的输入端，从PI₁控制器的输出端得到控制有功功率电流分量参考量i_{q_ref}，使PI₁控制器实现直流母线电压的闭环控制,用以调节输出直流电压大小。

5.根据权利要求4所述无母线电压传感器的模块化多电平整流器可控整流的方法，其特征在于，将直流母线电压闭环控制输出得到q轴电流参考量，即有功功率电流分量参考量i_{q_ref}，与三相电网电流经过Park变换得到q轴电流反馈量i_q，两者差值作为q轴PI₂控制器的输入端，输出端为MMC-Rectifier控制所需的q轴电压参考量，使PI₂控制器实现电网输入MMC-Rectifier有功功率电流分量的闭环控制，用以调节输入有功功率和对应电流分量大小。

6.根据权利要求5所述无母线电压传感器的模块化多电平整流器可控整流的方法，其特征在于，通过电网所需的无功功率补偿量确定MMC-Rectifier的无功功率，将MMC-Rectifier的无功功率除以电网电压d轴电压值得到d轴电流参考量为i_{d_ref}，与三相电网电流经过Park变换得到d轴电流反馈量i_d，两者差值作为d轴PI₃控制器的输入端，输出端为MMC-Rectifier控制所需的d轴电压参考量v_{d_ref}，使PI₃控制器实现电网输入MMC-Rectifier无功功率电流分量的闭环控制，用以调节输入无功功率电流分量大小。