均衡控制叠加量。根据子模块的工作原理可 知，当桥臂电流为充电电流时，为保持各子模块电容电压均衡，应增加电压较低的子模块投 入时间，让其充电，因此子模块电容电压均衡控制叠加量取为正。反之亦然。采用载波移相 调制策略，每个子模块的调制波与各自的Ξ角载波进行比较发波，产生触发脉冲。
[0063] 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W及电压等级变换控制，如图8所示。步骤2包括W下步 骤：
[0064] 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 块调制成局频义流方波；
[0065] 步骤2-2:高频交流方波经隔离级高频变压器同步禪合至隔离级低压侧AC/DC变换 模块；
[0066] 步骤2-3:禪合至隔离级低压侧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。
[0067] 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 审IJ，并实现波形正弦化。
[0068] 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，如图9 所示，外环为相电压有效值控制环，保持输出电压有效值不变，内环为相电压瞬时值控制 环，使得相电压跟踪给定正弦波电压，维持输出波形的良好正弦性。
[0069] 所述步骤3包括W下步骤：
[0070] 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；
[0071] 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Ξ角载波信号比较，形成脉冲触发信号W触发功率开关 器件正确动作。
[0072] 理论上，输出级通过相电压有效值外环控制，可W实现输出电压有效值稳态无差， 从而保证当负载变化或系统受干扰时，输出电压有效值不变。而内环对输出电压瞬时值进 行控制，使得相电压跟踪给定正弦波电压，维持输出波形的良好正弦性。
[0073] 最后应当说明的是：W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可W对本发明的【具体实施方式】进行修改或者 等同替换，运些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于MMC的固态变压器，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。2. 根据权利要求1所述的基于MMC的固态变压器，其特征在于: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。3. 根据权利要求1所述的基于MMC的固态变压器，其特征在于: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。4. 根据权利要求1所述的基于MMC的固态变压器，其特征在于: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。5. -种基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于: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。6. 根据权利要求5所述的基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于：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。7. 根据权利要求5所述的基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于：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。8. 根据权利要求5或7所述的基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于: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。9. 根据权利要求5所述的基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于：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。10.根据权利要求5或9所述的基于MMC的固态变压器的控制方法，其特征在于: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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H02M7/23, H02J3/26, H02M5/458
【公开号】CN105490552
【申请号】CN201610017990
【发明人】马春艳, 段青, 盛万兴, 梁英, 史常凯, 李玉凌, 吕志鹏
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月12日