压器，其特征在于，包括模块化多电平变流器、 DC-DC隔离器和DC-AC逆变器； 所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述DC-DC隔离器 的输入端，所述DC-AC逆变器的直流侧连接所述DC-DC隔离器的输出端，交流侧连接低压交 流电网或负载。2. 如权利要求1所述的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，所述模块化多电平变 流器包括第一变流桥、第二变流桥和第Ξ变流桥，所述变流桥的输入端作为Ξ相交流输入 端的一相，所述变流桥包括正变流臂、负变流臂、第一滤波电抗器和第二滤波电抗器，所述 正变流臂的正端连接到所述模块化多电平变流器的直流正端，进而连接到所述DC-DC隔离 器的正端，所述正变流臂的负端通过所述第一滤波电抗器与电网的一相相连，所述负变流 臂的负端连接到所述模块化多电平变流器的直流负端，进而连接到所述DC-DC隔离器的负 端，所述负变流臂的正端通过所述第二滤波电抗器与电网的一相相连，所述正变流臂/负变 流臂包括多个依次正负串联的功率子模块，所述功率子模块的直流侧正负分别与高压直流 电网的正负连接。3. 如权利要求2所述的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，所述功率子模块包括 直流电容器、第一开关器件、第二开关器件、第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一 开关器件和第二开关器件为全控型半导体开关器件； 所述第一开关器件的集电极与所述第一续流二极管的阴极相连接，所述第一开关器件 的发射极与所述第一续流二极管的阳极相连接;所述第二开关器件的集电极与所述第二续 流二极管的阴极相连接，所述第二开关器件的发射极与所述第二续流二极管的阳极相连 接;所述直流电容器的正端与所述第一开关器件的集电极相连接，所述直流电容器的负端 与所述第二开关器件的发射极相连接;所述第一开关器件的发射极作为所述功率子模块的 正端，所述第二开关器件的发射极作为所述功率子模块的负端。4. 如权利要求1所述的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，所述DC-DC隔离器包 括第一电容、单相全桥逆变器、高频变压器、单相全桥整流器和第二电容，所述DC-DC隔离器 的直流输入侧并联所述第一电容形成直流输入端口，所述第一直流电容与所述单相全桥逆 变器串联，所述单相全桥逆变器和所述高频变压器串联，所述高频变压器与所述单相全桥 整流器串联，所述单相全桥整流器与所述第二电容并联形成直流输出端口，所述直流输出 端口与低压直流电网连接，所述直流输入端口与所述功率子模块的直流输出端连接。5. 如权利要求1所述的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，所述DC-AC逆变器为 Ξ相电压源型逆变器，通过LC滤波支路直接与低压交流电网或负载相连。6. -种对前述权利要求之任一项所述的模块化多电平型固态变压器的内模控制方法， 其特征在于，包括W下步骤： 51、 模块化多电平变流器的控制： MMC外环采用PI控制器来控制直流电压，内环采用内模控制器来实现对交流电流无静 差跟踪控制，并且采用基于载波移相技术的电容电压平衡控制策略，W实现MMC相间均压控 制和子模块均压控制； 52、 DC-DC隔离器的控制： DC-DC隔离器采用N个结构相同的DC-DC变换单元通过ISOP的方式连接而成，匪C输出的 直流高压首先通过由同一同步信号控制的N个结构相同的单相全桥逆变器调制成高频方 波，再通过高频变压器禪合到副方，最后由同一同步信号控制的N个结构相同的单相全桥整 流器还整成低压直流； S3、DC-AC逆变器的控制： 逆变器外环采用PI控制器控制输出稳定的工频交流电压，内环采用内模控制器对滤波 电感的反馈电流和负载电流前馈补偿电流进行无静差跟踪控制，并且采用空间电压矢量调 制技术。7. 如权利要求6所述的模块化多电平型固态变压器的内模控制方法，其特征在于，步骤 S1中，当模型与控制对象MMC匹配时，可对输入进行无静差跟踪，令式中，Cm(s)为内模控制器，G^i(s)为控制对象模型的逆矩阵，R'、L'分别为输入侧电阻 和电感的估计值，ω为系统角频率，S被等效看成j ω ; Cm( s)的形式在实际中是无法实现的，必须加入低通滤波器，引入一个一阶低通滤波器式中，L(s)为一阶低通滤波器，λ为闭环带宽，I为单位矩阵； 引入低通滤波器后，内膜控制器变为：由内膜控制等效框图，再结合Cm(S)可得：式中，F(s)为反馈控制器，主对角线上元素为电流控制器传递函数表达式，反对角线上 元素则为内模解禪网络的传递函数； 基于内模控制的解禪实现方法具体为:将交流网测电压Usabc经过一锁相环化L，得到其 系统角频率ω S，同时通过abc-dq变换，得到dq分量:Ud和Uq;交流网测电流Isabc通过abc-dq 变换，得到dq分量:id和iq;直流母线电压Udc与电压参考值UV相减后，经PI控制器得到指令 电流1^1;交流网测无功9与无功功率参考值护相减后同样经？1控制器，得到指令电流1\，运 几个信号作为本实施例中图8所示的解禪实现图的输入，可得到指令信号ιΛι和u\;Ud、Uq分 另IJ与扣、11%相减，得到Urd、Urq，经dq-abc反变换可得至Ijabc^相指令电压，作为载波移相调制 的输入信号，上述中Ud、Uq和Id、Iq分别为电网电压和电流在d轴和q轴上的分量。8. 如权利要求6所述的模块化多电平型固态变压器的内模控制方法，其特征在于，步骤 S2中，其中N个逆变器和整流器均采用PWM控制，驱动信号为50%占空比的互补触发脉冲，并 且采用有功功率均衡控制方法，通过合理设置串联谐振电路使全控型开关器件处于零电流 开关状态。9. 如权利要求6所述的模块化多电平型固态变压器的内模控制方法，其特征在于，步骤 S3中，具体控制过程如下： 负载侧电压化k经一锁相环化L得到负载电压角频率ω 1，其作为abc-dq和dq-abc变换模 块的输入，同时经abc-dq变换得到dq轴分量Uid、Uiq，负载侧电流I化经abc-dq变换得到dq轴 分量Iid、Iiq，逆变器输出电流1化经abc-dq变换得到dq轴分量Iid、Iiq，上述中Iid、Iiq，Uid、Uiq 为；相0(：/^(：逆变器输出电流、电压在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，Uid、Uiq，Iid、Iiq 为负载电压、电流在dq旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量。
【专利摘要】本发明提供了一种新型的模块化多电平型固态变压器及其内模控制方法，所述固态变压器包括模块化多电平变流器、DC-DC隔离器和DC-AC逆变器；所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述DC-DC隔离器的输入端，所述DC-AC逆变器的直流侧连接所述DC-DC隔离器的输出端，交流侧连接低压交流电网或负载；通过改变模块化多电平变流器每个桥臂串联的功率子模块的数量，灵活地调固态变压器的电压适用范围，有效的解决固态变压器在中高压场合的应用问题。根据内模控制的特性，将内模电流内环与PI电压外环相结合，构造了新的双闭环控制结构，实现对所述模块化多电平变流器和DC-AC逆变器的控制，此控制方法可使电流具有更快速的响应速度以及更强的抗扰动能力。
【IPC分类】H02M7/5387, H02M3/335, H02M7/219, H02M7/483
【公开号】CN105553304
【申请号】CN201610025048
【发明人】李勇, 熊佳敏, 韩继业, 黎昀轩, 曹一家, 罗隆福
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月15日