[发明专利]一种基于MMC的固态变压器以及控制方法

摘要

本发明提供一种基于MMC的固态变压器以及控制方法，固态变压器包括高压级AC/DC变换器、隔离级DC/DC变换器和低压级DC/AC变换器；高压级AC/DC变换器通过高压直流母线连接隔离级DC/DC变换器，隔离级DC/DC变换器通过低压级直流母线并联模块连接低压级DC/AC变换器。本发明始中低压级直流侧通过采用直流母线交错并联这种拓扑结构，从而在结构上解决了固态变压器高、低压侧系统不平衡的相互影响，自动提高了供电可靠性‘；基于MMC结构的互平衡固态变压器可以通过控制高压级公共直流母线电压的恒定，实现抑制三相不平衡负荷对电网的影响，以及电网出现三相不对称对交流负荷的影响。

主权项

1.一种基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于：所述固态变压器包括高压级AC/DC变换器、隔离级DC/DC变换器和低压级DC/AC变换器；所述高压级AC/DC变换器通过高压直流母线连接隔离级DC/DC变换器，所述隔离级DC/DC变换器通过低压级直流母线并联模块连接低压级DC/AC变换器；所述高压级AC/DC变换器采用MMC，以提高固态变压器输入级的电压等级；所述高压级AC/DC换流器每个相单元投入的子模块数为2M，上桥臂和下桥臂串联子模块数均为M，且每个子模块均与隔离级高压侧DC/AC变换模块的单相全桥DC/AC变换器通过共用直流电容的方式连接，完成高压直流电压到高频交流方波的变换；所述隔离级DC/DC变换器包括隔离级高压侧DC/AC变换模块、隔离级高频变压器和隔离级低压侧AC/DC变换模块；所述隔离级高频变压器的原边绕组与副边绕组之间变比为2M：3，隔离级低压输出侧AC/DC变换模块的单相全桥AC/DC模块连接低压级直流母线并联模块，完成高频交流方波到低压直流电压的变换；所述低压级DC/AC变换器由低压级直流母线并联模块和三个独立控制的单相全桥逆变器以及对应LC滤波器组成，输出所需要的交流电能，实现固态变压器的电压变换、电能传输和电能质量控制；所述控制方法包括以下步骤：步骤1：高压级AC/DC变换器进行电压和电流的双闭环控制、环流抑制控制和子模块电容电压均衡控制；步骤2：隔离级DC/DC变换器进行高压级AC/DC变换器与低压级DC/AC变换器之间的电气隔离以及电压等级变换控制；步骤3：低压级DC/AC变换器进行相电压有效值恒定控制并实现波形正弦化；所述步骤1中，高压级AC/DC变换器采用定有功功率矢量控制方法在dq坐标系下进行电压和电流的双闭环控制、环流抑制控制和子模块电容电压均衡控制；所述步骤2中，隔离级DC/DC变换器采用开环控制策略进行高压级AC/DC变换器与低压级DC/AC变换器之间的电气隔离以及电压等级变换控制；所述步骤2包括以下步骤：步骤2‑1：高压级AC/DC变换器输出的高压直流电压经隔离级高压侧DC/AC变换模块调制成高频交流方波；步骤2‑2：高频交流方波经隔离级高频变压器同步耦合至隔离级低压侧AC/DC变换模块；步骤2‑3：耦合至隔离级低压侧AC/DC变换模块的高频交流方波经隔离级低压侧AC/DC变换模块同步整流为低压直流电压，输出给低压级DC/AC变换器；所述步骤3中，低压级DC/AC变换器采用双环控制策略进行相电压有效值恒定控制，并实现波形正弦化；所述步骤3包括以下步骤：步骤3‑1：在外环控制策略中，先通过相电压瞬时值得到实际相电压有效值，然后将相电压有效值与相电压指令值进行比较，得到的偏差经过PI控制器后与标准正弦信号相乘，作为内环控制策略中相电压瞬时值的指令值；步骤3‑2：在内环控制策略中，先将外环控制策略中输出的相电压瞬时值的指令值与反馈的实际相电压瞬时值相比较，然后将其误差量经比例控制器后作为调制波指令信号，最后并将该调制波指令信号与三角载波信号比较，形成脉冲触发信号以触发功率开关器件正确动作。