桥臂吸收的有功功率为 Pbl loss ? 亦即
[0112] -Vbid-fiiid-Vbiq-fiiiq = Pbi-loss (38)
[0113] 由式（15)-式（18)得
[0114] (39)
[0115] (40)
[0116] Y-MMC数学模型与传统的并网变流器的数学模型相似，采用基于电网电压定向的 前馈解耦控制策略如下：
[0117] 在式(18)和式(19)的第一式中，令
[0118] (41)
[0119] (42)
[0120] 通过PI调节实现有功电流和无功电流的前馈解耦闭环控制，其中，Vbd+f/ ,Vbq+f/ 和Vbd+V ,Vbq+V由电流闭环的PI调节器得到，其控制原理如图5所示。
[0121] 对于Y-MMC换流器的外环控制策略，采用功率和电压控制，即第一主桥臂1N、第二 主桥臂2N及第三主桥臂3N对于输入侧电网系统采用定有功功率和定交流电压控制，第一主 桥臂1N、第二主桥臂2N及第三主桥臂3N对于输出侧电网系统采用定直流电压和定交流电压 控制;第一辅助桥臂Ul、第二辅助桥臂Vl、第三辅助桥臂wl、第四辅助桥臂al、第五辅助桥臂 b2及第六辅助桥臂c3对于各自交流系统采用电流定向的定直流电压控制，如图6所示。 [0122]系统稳态值计算
[0123] 设输入侧电网系统和输出侧电网系统均为三相对称，不失一般性，假设YHVMC稳态 工作时输入输出系统的电压和电流为：
[0126] 采用前文所述的等功率变换矩阵以及同步旋转坐标变换矩阵可得Y-MMC变流器的 稳态解为：
[0124]
[0125]
[0127]
(43)
[0128] 进一步可解得
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133]
[0134]
[0135]
[0136]
(51)
[0137] (52)
[0138] (53)
[0139] 稳态时各桥臂调制度分配示意图如图7所示，其中，输入侧辅助桥臂的调制波函数 为-m2+mi '，输出侧辅助桥臂的调制波函数为-mi+m ' 2，主桥臂的调制函数为mi+m2。
[0140] 在系统稳态运行时，为使主桥臂和辅助桥臂不过调制，从而最大化Y-MMC与输入和 输出侧系统交换的有功和无功功率，设定优化目标为：
[0141] min{max( I-2m21 +1 mi，I，I _2mi I + |m，21，I mi I +1 m21)} (54)
[0142] 当系统稳态时可忽略辅助桥臂的功率损耗Pbsjciss和Pbijciss，由式(26)-式(27)和式 (36)-式(37)得：
[0143] (55)
[0144] (56)
[0145] (57)
[0146] (58)
[0147] 将式(48)-式(53)代入式(55)-式(58)中，得
[0148] (59)
[0149] (60)
[0150]
(6])
[0151]
(62)
[0152] 由式(59)-式(62)，通过调节kl和k2的值改变主桥臂和辅助桥臂的稳态调制度，进 而可计算出符合优化目标式(54)的kl和k2的最优值，从而对系统的整体性能进行优化。
[0153] 仿真实验
[0154] 在MATLAB/SMJLINK平台下搭建Y-MMC系统模型，系统主要参数如表1所示。
[0155] 图8-图16分别为h = I，k2 = 1时的Y-MMC输入侧电压电流波形图、输出侧电压电流 波形图、传输的有功功率和无功功率波形图、主桥臂和辅助桥臂直流电容电压波形图、输入 侧电流频谱分析图、输出侧电流频谱分析图、输入侧辅助桥臂调制波波形图、输出侧辅助桥 臂调制波波形图、主桥臂调制波波形图。
[0156] 图17-图25分别为h = 0.6，k2 = 0.6时的Y-MMC输入侧电压电流波形图、输出侧电压 电流波形图、传送有功功率和无功功率波形图、主桥臂和辅助桥臂直流电容电压波形图、输 入侧电流频谱分析图、输出侧电流频谱分析图、输入侧辅助桥臂调制波波形图、输出侧辅助 桥臂调制波波形图、主桥臂调制波波形图。
[0157] 表1
[0158]
【主权项】
1. 一种Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，包括第一主桥臂（IN)、第二 主桥臂(2N)、第三主桥臂(3N)、第一辅助桥臂(ul)、第二辅助桥臂(vl)、第三辅助桥臂(wl)、 第四辅助桥臂(al)、第五辅助桥臂(b2)、第六辅助桥臂(c3)及中性点(N); 第一辅助桥臂U1)的一端、第二辅助桥臂(vl)的一端、第三辅助桥臂(wl)的一端分别 与输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂(al)的一端、第五辅助桥臂(b2) 的一端及第六辅助桥臂(c3)的一端分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅助桥 臂(ul)的另一端及第四辅助桥臂(al)的另一端与第一主桥臂（1N)的一端相连接，第二辅助 桥臂(vl)的另一端及第五辅助桥臂(b2)的另一端与第二主桥臂(2N)的一端相连接，第三辅 助桥臂(wl)的另一端及第六辅助桥臂(c3)的另一端与第三主桥臂(3N)的一端相连接，第一 主桥臂（1N)的另一端、第二主桥臂（2N)的另一端及第三主桥臂（3N)的另一端均与中性点 (N)相连接。2. 根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一主桥 臂（1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)均由η个第一Η桥子模块级联而成，其中，第一主 桥臂（1Ν)中的第一个第一Η桥子模块与第一辅助桥臂(ul)及第四辅助桥臂(al)相连接，第 二主桥臂（2N)中的第一个第一Η桥子模块与第二辅助桥臂（vl)及第五辅助桥臂（b2)相连 接，第三主桥臂(3N)中的第一个第一 Η桥子模块与第三辅助桥臂(wl)及第六辅助桥臂(c3) 相连接，第一主桥臂（IN)中的最后一个第一!1桥子模块、第二主桥臂(2N)中的最后一个第一 Η桥子模块及第三主桥臂(3N)中的最后一个第一!1桥子模块均与中性点(N)相连接。3. 根据权利要求1所述的Υ型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一辅助 桥臂(ul)、第二辅助桥臂(vl)、第三辅助桥臂(wl)、第四辅助桥臂(al)、第五辅助桥臂(b2) 及第六辅助桥臂(c3)均由电感、等效电阻及n/2个第二Η桥子模块依次级联而成，其中，第一 辅助桥臂(ul)中的电感、第二辅助桥臂(vl)中的电感及第三辅助桥臂(wl)中的电感分别与 输入侧三相电网的u端、v端及w端相连接，第四辅助桥臂(al)中的电感、第五辅助桥臂(b2) 中的电感及第六辅助桥臂(c3)中的电感分别与输出侧电网的a端、b端及c端相连接，第一辅 助桥臂(ul)中的最后一个第二Η桥子模块及第四辅助桥臂(al)中的最后一个第二Η桥子模 块与第一主桥臂（1Ν)相连接，第二辅助桥臂(vl)中的最后一个第二Η桥子模块及第五辅助 桥臂(b2)中的最后一个第二Η桥子模块与第二主桥臂（2Ν)相连接，第三辅助桥臂(wl)中的 最后一个第二Η桥子模块及第六辅助桥臂(c3)中的最后一个第二!1桥子模块与第三主桥臂 (3N)相连接。4. 根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，通过输入 侧电网及输出侧电网的有功电流与无功电流的前馈解耦控制调节流过第一主桥臂（1N)、第 二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)上的电流。5. 根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一主桥 臂（1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)采用定有功功率及交流电压控制输入侧电网。6. 根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一主桥 臂（1N)、第二主桥臂(2N)及第三主桥臂(3N)采用定直流电压及交流电压控制输出侧电网。7. 根据权利要求1所述的Y型模块化多电平大功率交交变流器，其特征在于，第一辅助 桥臂(ul)、第二辅助桥臂(vl)、第三辅助桥臂(wl)、第四辅助桥臂(al)、第五辅助桥臂(b2) 及第六辅助桥臂(c3)对其交流电压采用电流定向的定直流电压进行控制。
【专利摘要】本发明公开了一种Y型模块化多电平大功率交交变流器，包括第一主桥臂、第二主桥臂、第三主桥臂、第一辅助桥臂、第二辅助桥臂、第三辅助桥臂、第四辅助桥臂、第五辅助桥臂、第六辅助桥臂及中性点。本发明的可靠性较高，结构简单、成本低，所提出的控制策略能够独立实现输入和输出系统的有功功率及无功功率控制，并且通过无功功率在主桥臂和辅助桥臂之间的合理分配，可实现对系统整体性能的优化，其应用范围较广。
【IPC分类】H02M5/22, H02M5/293
【公开号】CN105591547
【申请号】CN201610111767
【发明人】孟永庆, 刘勃, 白森戈, 马浩
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月29日