[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

说明书

本发明涉及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，属于电力电子技术领域。模块化多电平变流器用作整流器时，移除输出端直流电压传感器但同样实现系统输出电压和输入电流的高效闭环控制。该方法为：通过MMC‑Rectifier的子模块电容电压值和预测算法得到直流母线电压值，替代传统用高压直流电压传感器获取直流母线电压值；通过有功功率对应电流分配在q轴电流和无功功率对应电流分量分配在d轴电流，实现输入有功功率和无功功率的解耦和闭环控制。本发明方法能够减少传感装置使用，降低成本，同时在直流母线电压传感装置失效时，能保证MMC‑Rectifier正常工作，大幅增强系统可靠性，具有推广应用价值。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及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。

背景技术

模块化多电平变流器(MMC)可以用作整流器，是实现AC电网和DC电网并网连接的核心设备。它具有诸多优点包括：模块化结构、均匀分布器件电压、小滤波电感、以及低谐波畸变等。基于MMC的整流器(MMC-Rectifier)目前已逐步应用在新能源并网、中高压电机驱动、静止同步补偿器(STACOM)、柔性交直流输电(FACTs)等领域。当MMC用作高性能可控整流桥时，输入端为交流电网电压，输出端为直流电压，系统需要实现两项不可缺少的控制目标：1)输出端母线电压的宽范围可调控制，2)输入有功功率和无功功率的解耦控制。

在以往的MMC-Rectifier系统或者其他拓扑结构的整流器中，为了达到直流母线电压和有功/无功功率的解耦控制，需要在输出端直流母线安装电压传感装置采集输出电压信号来实现。然而，实际的MMC-Rectifier系统输出电压等级在几千伏甚至几十千伏以上，母线高压电压传感器需要解决强电气绝缘、强电磁干扰、和信号传输不稳定的问题，并且造价昂贵，安装复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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。

经研究，本发明采用以下技术方案：

1、一种无母线电压传感器的模块化多电平整流器，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。

其中，线电流传感器为电网输入电流传感器；线电压传感器为电网输入电压传感器。

2、上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，直流母线输出预测电压值，按式(1)～式(4)计算得到：