一种三相模块化多电平逆变器并联系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种=相模块化多电平逆变器并联系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着国家对新能源的重视程度不断增加，光伏产业近几年发展非常迅速，提高电 能质量、减少谐波污染、提高发电系统的效率及功率是目前各种逆变器的重要参数。近几年 高压输电技术越来越普及，高压输电成为一种大势所趋。传统提高系统耐压的方法是选择 耐高压的器件作为变换器的开关管，运样虽然能提高系统耐压，但提升空间有限，而且容易 造成系统的不稳定，因此选择其他方法增加系统耐压异常重要。
[0003] 模块化多电平变换器采用多个模块级联的方法，通过此方法有效的解决了开关器 件耐压的问题，通过将每个模块的电压级联并用正确的控制方法即可实现大范围的电压应 用问题。此种变换器由于高度的模块化，因此可W实现系统的可伸缩性。目前高压输电分 为高压直流和高压交流输电，而运种变换器不仅能够应用于高压直流而且同样能够应用于 高压交流输电中，而且此变换器能够通过改变调制策略使同一台设备分为处于整流或者逆 变的不同模式，无论是高压直流还是高压交流输电，运种变换器都能在输电系统两端处于 整流或者逆变的工作状态，所W运种变换器在国内外已经普遍投入使用。
[0004] 虽然模块化多电平变换器实现了大范围电压应用的问题，但是其输出电流仍然受 到开关管得限制，输出电流大小仍然受限。为了解决运一问题，可W采用将模块化多电平变 换器并联的方法W解决运一问题。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种=相模块化多电平逆变器并联系 统及其控制方法，本发明通过模块化多电平变换器并联的方法实现变换器输出电流范围的 增加。通过运种并联的方法可实现大范围的电压和电流应用问题。本发明还提出一种适用 于模块化多电平逆变器并联的控制方法。通过运种控制方法能够实现模块化多电平逆变器 并联控制，效果理想。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] 一种=相模块化多电平逆变器并联系统，包括输入电源，所述输入电源与N台相 并联的=相模块化逆变器相并联，每台=相模块化逆变器包括=相桥臂，每相桥臂包括上 桥臂及下桥臂，且上桥臂及下桥臂结构对称，均包括n个串联的子模块和靠近中性点的电 感，其中每个子模块内包括两个串联的开关管和一个与该两个串联的开关管相并联的电 容，每相桥臂的中性点经滤波器连接后并网，每个子模块的开关管的开关状态均受相应的 触发信号控制；
[0008] 在任一桥臂，根据桥臂电流的方向控制被投入子模块的电容是充电状态还是放电 状态；同时检测每个桥臂子模块电容电压的值，然后根据桥臂电流方向决定投入哪个子模 块。
[0009] 每个=相模块化逆变器前端各有两个相串联的电容，运两个相串联的电容与=相 模块化逆变器相并联。
[0010] 所述输入电源还包括与之相串联的电阻。
[0011] 所述开关管与IGBT管。
[0012] 一种=相模块化多电平逆变器并联系统的控制方法，包括：
[0013] 对N台=相模块化逆变器的输出电流进行坐标变换，将其从=维坐标系变换到 a0坐标系下，最终将电流变换到dq坐标系下；
[0014] 将N台=相模块化逆变器的dq坐标系下的电流值通过PI调节器调节得到调制 波，通过控制其中N-I台逆变器的零序电流来抑制变换器之间的环流；
[0015] 对每台=相模块化逆变器应用半桥臂子模块电容电压均衡原理，在任一桥臂，根 据桥臂电流的方向控制被投入子模块的电容是充电状态还是放电状态；同时检测每个桥臂 子模块电容电压的值，然后根据桥臂电流方向决定投入哪个子模块。
[0016] 上述S相模块化多电平逆变系统的控制方法，优选的，在坐标变换之前，对电网电 压进行锁相，得到=相电网相角；通过相角来实现电流与电网电压同相，使得系统时刻获得 最大的功率因数。
[0017] 进一步的，通过对N台=相模块化逆变器在dq坐标系下的电流进行控制，分别通 过PI环节控制电流id、iq，使id成为目标电流，使iq的值为0,而对于N台变换器中的N-I 台变换器，通过控制零序电流来抑制变换器之间的环流，其中ig+ib+i。作为零序电流，通过 PI环节使N-I台变换器的零序电流为零。
[0018] 更进一步的，当电流方向为对投入子模块充电时，检测桥臂中各子模块的电容电 压，选择相应电压从低到高的设定个数的子模块投入到系统中，就会使运些子模块的电容 充电；当电流方向为对投入子模块放电时，检测桥臂中各子模块的电容电压，选择相应电压 从高到低的设定个数的子模块投入到系统中，就会使运些子模块的电容放电。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 1.传统单台模块化多电平逆变器虽然系统工作电压较高，但是输出电流有限，而 本发明能够通过多台变换器的并联实现输出电流的增大；
[0021] 2.本发明提出适合多台模块化多电平逆变器并联的控制策略，实现对每台变换器 的输出电流大小进行特定的控制；
[0022] 3.本发明提出的控制策略有效的解决了多台变换器之间的环流问题，通过控制 N-I台变换器的零序电流的来实现解决多台变换器之间的环流问题。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明系统结构图；
[0024] 图2a为模块化多电平逆变器各子模块的工作方式一下第一种电流流向示意图； [00巧]图化为模块化多电平逆变器各子模块的工作方式一下第二种电流流向示意图； [00%] 图2c为模块化多电平逆变器各子模块的工作方式二下第一种电流流向示意图；
[0027] 图2d为模块化多电平逆变器各子模块的工作方式二下第二种电流流向示意图；
[0028] 图2e为模块化多电平逆变器各子模块的工作方式=下第一种电流流向示意图；
[0029] 图2f为模块化多电平逆变器各子模块的工作方式=下第二种电流流向示意图；
[0030] 图3a为某一桥臂的子模块电容电压排序原理图；
[0031] 图3b为某一桥臂的子模块电容电压数值排序原理图；
[0032] 图4a为未加入环流抑制的S维坐标系下第一台变换器输出电压及电流波形；
[0033] 图4b为加入环流抑制的=维坐标系下第一台变换器输出电压及电流波形；
[0034] 图5a为未加入环流抑制的二维dq坐标系下第一台变换器输出电流波形；
[0035] 图化为加入环流抑制的二维dq坐标系下第一台变换器输出电流波形；
[0036] 图6a为未加入环流抑制的S维坐标系下第二台变换器输出电压及电流波形；
[0037] 图化为加入环流抑制的=维坐标系下第二台变换器输出电压及电流波形；
[0038] 图7a为未加入环流抑制的二维dq坐标系下第二台变换器输出电流波形；
[0039] 图化为加入环流抑制的二维dq坐标系下第二台变换器输出电流波形； W40] 图8a为未加入环流抑制的电网侧电压和电流波形；
[0041] 图8b为加入环流抑制的电网侧电压和电流波形。
【具体实施方式】：
[0042] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[00创如图1所示，一种立相模块化多电平逆变器并联系统，包括输入电源，所述输入电 源与N台相并联的=相模块化逆变器相并联，每台=相模块化逆变器包括=相桥臂，每相 桥臂包括上桥臂及下桥臂，且上桥臂及下桥臂结构对称，均包括n个串联的子模块和靠近 中性点的电感，其中每个子模块内包括