g2 )1，其中，丨叫函数为向上取整；Udc为由换流器的直 流侧电压，Usni为SM子模块参考电压； 每个SM子模块是一个半桥变流器，由两个IGBT管Tl和T2、两个二极管Dl和D2和一 个电容C构成；其中，IGBT管Tl的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成SM的正端， IGBT管Tl的集电极与电容C的正极相连，IGBT管T2的发射极与电容的负极相连并构成SM 的负端；Dl与Tl反向并联，D2与T2反向并联；IGBT管Tl和T2的门极均接收控制脉冲信 号； 每相上桥臂的乂个SM子模块和1个电感L依次串联，即上桥臂第一个SM子模块的正 端与直流侧正极相连；处于中间的第i个SM子模块的正端与第i-Ι个SM子模块的负端相 连，第i个SM子模块的负端与第i+Ι个SM子模块的正端相连，i= 2,3，…，2N-1 ;上桥臂 第乂个SM子模块的负端与电感L一端相连，电感L另一端引出相线； 每相下桥臂的电感L和2~个SM子模块依次串联，即电感L一端引出相线，电感L另一 端与下桥臂第一个SM子模块的正端相连；处于中间的第i个SM子模块的正端与第i-Ι个 SM子模块的负端相连，第i个SM子模块的的负端与第i+Ι个SM子模块的正端相连，i= 2， 3,…，2N-1 ;下桥臂第乂个SM子模块的负端与直流侧负极相连； 直流侧电源中点接地； 对于三相（A相、B相和C相）中的任一相，所述控制方法包括以下步骤： 步骤1、模块分组； 步骤2、稳压控制，采用PI调节器稳定各相所有子模块的电容电压之和； 步骤3、调制，用来确定个模块组的通断状态； 所述步骤1的模块分组，具体包括以下步骤： 将换流器每个桥臂的2N个的SM子模块分成N+1个模块组，前N组各包含2 1 1个SM子 模块，i为模块组的序号，i= 1，2，…，N(即第1组包含2°个SM子模块，第2组包含21A SM子模块，第3组包含22个SM子模块，依次类推，第N组包含2N1个SM子模块），第N+1组 包含1个SM子模块；每个模块组并联一个电压传感器，用于测量该模块组内SM子模块电容 的总电压；工作中每组组内子模块状态保持一致，即同时导通或者关断； 所述步骤2的稳压控制，具体包括以下步骤： 2. 1)测量该相上桥臂从第一个模块组到第N+1个模块组的电压值，将电压测量值分别 记为UaUplJUaup2j·jUaupij ·jUalip (n+1) ;测量该相下桥臂从第一个模块组到第N+1个模块组 的电压值，将电压测量值分别记为Uafelmvl, Uabelow2? J Ua^eIowiJ * J Uabelow(N+l) ? 2. 2)对于每个桥臂的N+1个模块组，当某个模块组处于导通状态时，保存该模块组的 电压测量值；对该相上桥臂第i个模块组，将其电压测量值保存为电压记录值Uasupi;对该相 下桥臂第i个模块组，将其电压测量值记录为Uastelciwl;直到下一次该模块组导通后更新该 电压记录值； 2. 3)根据步骤2. 1)得到的电压测量值计算该相各模块组的电压之和比为：2. 4)设测量时刻共有K个模块组导通，根据以下公式计算稳压控制的输出Uarafl: UarefI= (Usn-UaA) (Κ,+Κ,/s) 其中，Kp为比例系数，K1为积分系数，Ι/s是积分因子（积分因子是对（Usni-Ua/K)进行 积分，也就是随着时间的推移，不停的累加这个误差值）； 2. 5)设换流器需要输出的电压为Uaraf2，根据以下公式计算换流器的调制电压U_f: Uaref U aref 1+Uaref2， 所述步骤3的调制，具体包括以下步骤： 3. 1)根据步骤2. 5)计算得到调制电压U_f，分别计算该相上桥臂和下桥臂模块组的导 通个数Naup和Nabelciw: Naup=round((Udc/2-Uaref)/Uj Nabeiow=round((Udc/2+Uaref)/Uj 其中，round()是四舍五入函数； 3. 2)将Naup转化为二进制数，记为Nnaup;N_从低位到高位的每一位，分别与上桥臂第 1至第N个模块组一一对应；根据Nnaup*的每一位数值，对各模块组进行以下控制： 3. 2. 1)当N_，至少有2位等于1时，导通Nnaup中等于1的位对应的模块组，关断其 它模块组（包括Nnaup中等于O的位对应的模块组，以及第N+1个模块组）； 3. 2. 2)当Nnaup中各位全等于O时，关断上桥臂所有模块组； 3. 2. 3)当Nnaup只有1位等于1时，其它各位都等于O时，设等于1的位为第i位，并设 该相上桥臂电流的测量值为iaup; 若iaup方向为SM充电方向，S卩iaup>0,则采用如下进行均压控制： (a) 若Uasupi/Naup>Usni且i>l，则导通第1至第i-Ι个模块组和第N+1个模块组，关断其 它模块组（即第i至第N个模块组）； (b) 若Uasupi/Naup>Usni且i= 1，则导通第N+1组模块组，关断其它模块组（即第1至第N个模块组）； (c) 若Uasupi/Naup彡Usni，则导通第i组模块组，并关断其它模块组； 若iaup方向为SM放电方向，S卩iaup〈0,则采用如下方式进行均压控制： (a) 若Uasupi/Naup〈Usni且i>l，则导通第1组到第i-Ι组和第N+1个模块组，关断其它模 块组（即第i至第N个模块组）； (b) 若Uasupi/Naup〈Usni且i= 1，则导通第N+1组模块组，关断其它模块组（即第1至第N个模块组）； (c) 若Uasupi/Naup彡Usni，则导通第i组模块组，并关断其它模块组； 3. 3)将NatelJt化为二进制数，记为NnatelOT;N-从低位到高位的每一位，分别与下桥 臂模块组的第1至第N个模块组一一对应；根据Nnatelciw*的每一位数值，对各模块组进行以 下控制： 3. 3. 1)当Nnatelciw至少有2位是1时，导通NnatelOT中等于1的位对应的模块组，关断其 它模块组（包括Nnatelciw中等于O的位对应的模块组，以及第N+1个模块组）； 3. 3. 2)当Nnatelciw中各位全等于O时，关断下桥臂所有模块组； 3. 3. 3)当Nnatelciw只有1位等于1时，其它各位都等于O时，设等于1的位为第i位，并 设该相下桥臂电流的测量值为 若方向为SM充电方向，即iatek]W>0,则采用如下进行均压控制： (a) 若Uasbelc]W1/NabelOT>Usni且i>l，则导通第1组到第i-Ι组和第N+1个模块组，关断其它 模块组（即第i至第N个模块组）； (b) 若UasbelJNabelc^Usni且i= 1，则导通第N+1组模块组，关断其它模块组（即第1至 第N个模块组）； (C)UasteW/Natelc]W<Usni，则导通第i组模块组，并关断其它模块组； 若iatel?方向为SM放电方向，即iatek]W〈0,则采用如下方式进行均压控制： (a) 若UasbelOT1/Nabelc]W〈Usni且i>l，则导通第1组到第i-Ι组和第N+1个模块组，关断其它 模块组（即第i至第N个模块组）； (b) 若UasbelJUUsni且i= 1，则导通第N+1组模块组，关断其它模块组（即第1至 第N个模块组）； (C)UasteW/Natelc]W》Usni，则导通第i组模块组，并关断其它模块组。2. 根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述步骤 2.4)中，比例系数Kp= 1，积分系数K1= 100。3. 根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述N取值为 3,电感值L为2. 8mH，电容值C为2800uH，直流侧电压Ud。为800V，SM子模块参考电压Usni为 IOOV0
【专利摘要】本发明公开了一种模块化多电平换流器的控制方法，将桥臂的2N个子模块按照20,21,22...2N-1，1分成N+1个模块组，工作中每组组内子模块状态保持一致，即同时导通或者关断。每组配置一个电压传感器，用于测量该组电压值。根据这种结构设计了稳压控制方法、电压记录方法、调制方法和均压控制方法。稳压控制采用PI调节器稳定各相所有子模块的电容电压之和；电压记录方法用来保存各模块组的电压值；调制方法用来确定个模块组的通断状态；均压控制用来保持组件子模块电压的平均值保持均衡。本发明采用子模块组分组的控制方式，大量减少MMC系统中所需的电压互感器，进而减小系统硬件复杂度和降低MMC的成本。
【IPC分类】H02M7/00, H02M7/5387, H02M7/483
【公开号】CN105391313
【申请号】CN201511020648
【发明人】黄守道, 荣飞, 陈盼庆, 罗德荣, 龚喜长, 李旺
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月30日