模块化多电平背靠背换流器及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种模块化多电平背靠背换流器，其特征在于，所述模块化多电平背靠背换流器包括六个桥臂(A～F)，六个桥臂(A～F)级联构成六边形，其中，相邻两个桥臂的连接端依次轮流设置为三相交流系统一次侧的三个电流流入端(R、S、T)和三相交流系统二次侧的三个电流流出端(U、V、W)。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平背靠背换流器，，其特征在于，所述桥臂包括多个子模块和至少一个电抗器,多个所述子模块和至少一个所述电抗器相串联。

3.根据权利要求2所述的模块化多电平背靠背换流器，，其特征在于，每个桥臂中，所述电抗器处于所述桥臂的一端或两端；

或者每个桥臂中，所述电抗器串联在多个子模块之间。

4.根据权利要求2所述的模块化多电平背靠背换流器，，其特征在于，所述桥臂包括两个子模块和一个电抗器。

5.根据权利要求2-4任一项所述的模块化多电平背靠背换流器，其特征在于，所述子模块为全H桥型。

6.一种模块化多电平背靠背换流器的控制方法，其特征在于，所述控制方法适用于如权利要求1-5任一项所述的模块化多电平背靠背换流器，该控制方法包括如下步骤：

S1：采用PQ解耦的有功/无功功率控制得到所述模块化多电平背靠背换流器一次侧的各电流流入端的电流参考值和二次侧的各电流流出端的电流参考值；

通过调节一次侧的有功电流控制所述模块化多电平背靠背换流器中子模块的平均电压平衡，根据二次侧的有功电流参考值，计算一次侧的有功电流参考值；

S2：通过步骤S1中得到的一次侧的各电流流入端的电流参考值、二次侧的各电流流出端的电流参考值以及一次侧和二次侧的有功电流参考值，分解计算得到所述模块化多电平背靠背换流器中任意两个电流流入端之间或任意两个电流流出端的线电流参考值；

S3：在保持各桥臂中每个子模块的平均电压平衡的基础上，计算环流参考值；

S4：计算各桥臂中每个子模块的电流参考值，每个子模块的电流参考值为流经该子模块的所有电流参考值之和；

S5：得到每个子模块的电流参考值后，采用内模控制原理得到每个子模块的电压参考值；

S6：根据排序算法平衡各桥臂中的每个子模块的电压。

7.根据权利要求6所述的模块化多电平背靠背换流器的控制方法，其特征在于，步骤S1中，一次侧的有功电流参考值按以下公式计算：

$I_{p1}^{*}=(K_{P1}+\frac{K_{I1}}{s})({\stackrel{\‾}{v}}_C-v_C^{*})-\frac{V_2}{V_1}{I}_{p2}^{*}$

其中，V₁和V₂分别是一次侧和二次侧的电压有效值，是各子模块的平均电压，v^*_c是各子模块的电压参考值，I^*_p1和I^*_p2分别是一次侧和二次侧的有功电流参考值，K_p1、K_I1是控制参数，s为拉普拉斯算子。

8.根据权利要求6所述的模块化多电平背靠背换流器的控制方法，其特征在于，步骤S3中，环流参考值i^*_l为：

$\begin{array}{c}{i}_l^{*}=\[-K_L\left({\stackrel{\‾}{v}}_C-{\stackrel{\‾}{v}}_{C-RS}\right){\mathrm{sin\ω}}_{1}t-K_L\left({\stackrel{\‾}{v}}_C-{\stackrel{\‾}{v}}_{C-ST}\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)-K_L\left({\stackrel{\‾}{v}}_C-{\stackrel{\‾}{v}}_{C-TR}\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\]+\\ \[-K_L\left({\stackrel{\‾}{v}}_C-{\stackrel{\‾}{v}}_{C-UV}\right){\mathrm{sin\ω}}_{2}t-K_L\left({\stackrel{\‾}{v}}_C-{\stackrel{\‾}{v}}_{C-VW}\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{2}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)-K_L\left({\stackrel{\‾}{v}}_C-{\stackrel{\‾}{v}}_{C-WU}\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{2}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\]+\\ K_{DI}\left(v_{C\_BDF}-v_{C\_ACE}\right)\end{array}$

其中，为第六桥臂(F)与第一桥臂(A)的连接端(R)和第二桥臂(B)与第三桥臂(C)的连接端(S)之间各子模块的平均电压，为第二桥臂(B)与第三桥臂(C)的连接端(S)和第四桥臂(D)与第五桥臂(E)的连接端(T)之间各子模块的平均电压，为第四桥臂(D)与第五桥臂(E)的连接端(T)与第六桥臂(F)与第一桥臂(A)的连接端(R)之间各子模块的平均电压；

为第三桥臂(C)与第四桥臂(D)的连接端(U)和第五桥臂(E)与第六桥臂(F)的连接端(V)之间各子模块的平均电压，，为第五桥臂(E)与第六桥臂(F)的连接端(V)与第一桥臂(A)与第二桥臂(B)的连接端(W)之间各子模块的平均电压，为第一桥臂(A)与第二桥臂(B)的连接端(W)与第三桥臂(C)与第四桥臂(D)的连接端(U)之间各子模块的平均电压；

是各子模块的平均电压，ω₁和ω₂分别为一次侧和二次侧的角频率，K_L和K_DI分别为控制参数，t为时间。

9.根据权利要求6所述的模块化多电平背靠背换流器的控制方法，其特征在于，步骤S4中，各桥臂中每个子模块的电流参考值如下：

第一桥臂(A)中每个子模块的电流参考值为：

i^*_a＝i^*_vw+i^*_rs+i^*_l

其中，i^*_a为流经第一桥臂(A)中的各子模块的电流参考值，i^*_vw为第一桥臂(A)与第二桥臂(B)的连接端(W)和第五桥臂(E)与第六桥臂(F)的连接端(V)之间的线电流参考值，i^*_rs为第六桥臂(F)与第一桥臂(A)的连接端(R)和第二桥臂(B)与第三桥臂(C)的连接端(S)之间的线电流参考值，i^*_l为环流参考值；

第二桥臂(B)中每个子模块的电流参考值为：

i^*_b＝i^*_rs+i^*_wu+i^*_l

其中，i^*_b为流经第二桥臂(B)中的各子模块的电流参考值，i^*_wu为第一桥臂(A)与第二桥臂(B)的连接端(W)和第三桥臂(C)与第四桥臂(D)的连接端(U)之间的线电流参考值，i^*_rs为第六桥臂(F)与第一桥臂(A)的连接端(R)和第二桥臂(B)与第三桥臂(C)的连接端(S)之间的线电流参考值；

第三桥臂(C)中每个子模块的电流参考值为：

i^*_c＝i^*_wu+i^*_st+i^*_l

其中，i^*_c为流经第三桥臂(C)中的各子模块的电流参考值，i^*_st为第二桥臂(B)与第三桥臂(C)的连接端(S)之间和第四桥臂(D)与第五桥臂(E)的连接端(T)的线电流参考值，i^*_wu为第一桥臂(A)与第二桥臂(B)的连接端(W)和第三桥臂(C)与第四桥臂(D)的连接端(U)之间的线电流参考值；

第四桥臂(D)中每个子模块的电流参考值为：

i^*_d＝i^*_st+i^*_uv+i^*_l

其中，i^*_d为流经第四桥臂(D)中的各子模块的电流参考值，i^*_st为第二桥臂(B)与第三桥臂(C)的连接端(S)之间和第四桥臂(D)与第五桥臂(E)的连接端(T)的线电流参考值，i^*_uv为第三桥臂(C)与第四桥臂(D)的连接端(U)之间和第五桥臂(E)与第六桥臂(F)的连接端(V)的线电流参考值；

第五桥臂(E)中每个子模块的电流参考值为：

i^*_e＝i^*_uv+i^*_tr+i^*_l

其中，i^*_e为流经第五桥臂(E)中的各子模块的电流参考值，i^*_uv为第三桥臂(C)与第四桥臂(D)的连接端(U)之间和第五桥臂(E)与第六桥臂(F)的连接端(V)的线电流参考值，i^*_tr为第四桥臂(D)与第五桥臂(E)的连接端(T)和第六桥臂(F)与第一桥臂(A)的连接端(R)之间的线电流参考值；

第六桥臂(F)中每个子模块的电流参考值为：

i^*_f＝i^*_tr+i^*_vw+i^*_l

其中，i^*_f为流经第六桥臂(F)中的各子模块的电流参考值，i^*_tr为第四桥臂(D)与第五桥臂(E)的连接端(T)和第六桥臂(F)与第一桥臂(A)的连接端(R)之间的线电流参考值，i^*_vw为第一桥臂(A)与第二桥臂(B)的连接端(W)和第五桥臂(E)与第六桥臂(F)的连接端(V)之间的线电流参考值。

10.根据权利要求6所述的模块化多电平背靠背换流器的控制方法，其特征在于，步骤S5中，子模块的电压参考值为：

$v_x^{*}=K_{Pc}(i_x^{*}-i_x)+(\frac{K_{Sc1}{\mathrm{\ω}}_1^{2}s}{s^2+2{\mathrm{\ζ\ω}}_{1}s+{\mathrm{\ω}}_1^2}+\frac{K_{Sc2}{\mathrm{\ω}}_2^{2}s}{s^2+2{\mathrm{\ζ\ω}}_{2}s+{\mathrm{\ω}}_2^2})(i_x^{*}-i_x)$

其中，v^*_x为各桥臂中每个子模块两端的电压参考值，i^*_x为子模块的电流参考值，i_x为流经子模块的实测电流值，s为拉普拉斯算子，，ζ、K_Pc、K_Sc1、K_Sc2分别为控制参数。