[发明专利]DC到AC模块化多电平转换器的控制

说明书

本公开涉及控制具有连接到三相AC网络L的三相AC侧并具有连接到DC网络R的DC侧的DC到AC模块化多电平转换器（MMC）（1）的方法。MMC具有带有多个相支路（11）的双星型拓扑。每个相支路具有第一分支（12a）和第二分支（12b）。第一和第二分支的每个分支包括多个串联连接的转换器单元（13）。方法包括获得用于MMC的优化脉冲图形（OPP）。方法也包括借助于闭环脉冲图形控制使OPP适应于MMC。方法也包括基于适应的OPP，发送点火信号到每个分支的多个单元。

技术领域

本公开涉及控制DC到AC(DC/AC)模块化多电平转换器(MMC)的方法。

背景技术

MMC是包括形成所谓的转换器分支(也称为臂)的串联连接的单元(也称为模块或子模块)的功率转换器。能够以若干种方式配置这些分支，形成专用转换器拓扑。取决于这些分支是需要仅提供正电压还是也提供负电压，单元能够分别借助于半桥(单极)或全桥(也称为双极或H桥)单元被实现。双星配置中的直流电(DC)到三相交流电(AC)MMC结构可被用于三相公用电网(例如50Hz)与DC电网(例如带有诸如以光伏电站或风力涡轮机形式的分布式发电机(DG)的微电网)的互连。备选应用包含变速驱动和电池能量存储系统(BESS)。

发明内容

本发明尤其涉及可带有较低数量的单元和低开关频率(例如接近和包含AC网络的基本频率)来操作的在双星配置中的中电压DC到AC MMC的问题。在此类情况中，诸如卓越的谐波性能以及高电流控制带宽能力的双星转换器的固有优点可能被降低。

另外，诸如基于载波的脉冲宽度调制(CB-PWB)的常规调制方法趋向当在此类低开关频率操作时表现很差。在此情况中，已认识到，诸如优化脉冲图形(OPP)(pulse pattern)的已编程调制方法的使用是优选的，因为它们允许谐波频谱的主动成形。然而，在未使用复杂控制器的情况下可能不能轻松地将OPP应用到MMC，主要由于存在由固有的单元电容器电压波纹造成的相当大扰动。后者妨碍了使用经典PI控制器的离线预计算的脉冲图形的操作，经典PI控制器假设当前波纹在有规律间隔的采样瞬间为零。

根据本发明，使用了例如可称为模型预测脉冲图形控制(MP3C)的类型的闭环脉冲图形控制概念。此类闭环脉冲图形控制可与例如无差拍环流控制器(DBC3)的环流控制器的使用组合。将示出的是，此概念能够以非常直截了当的方式被对接到MMC的上层电压平衡控制方案。

根据本发明的一方面，提供了一种控制具有连接到三相AC网络的三相AC侧并具有连接到DC网络的DC侧的DC到AC MMC的方法。MMC具有带有多个相支路的双星型拓扑。每个相支路具有第一分支和第二分支。第一和第二分支的每个分支包括多个串联连接的转换器单元。方法包括获得用于MMC的OPP。方法也包括借助于闭环脉冲图形控制使OPP适应于MMC。方法也包括基于适应的OPP，发送点火信号到每个分支的多个单元。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，所述计算机可执行组件用于在计算机可执行组件在控制器中包括的处理电路上运行时促使控制器执行如前面权利要求的任一项所述的方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种配置用于控制功率转换器的控制器。控制器包括处理电路和存储由所述处理电路可执行的指令的存储装置，由此所述控制器操作以获得用于具有连接到三相AC网络的三相AC侧并具有连接到DC网络的DC侧的DC到AC MMC的OPP，其中MMC具有带有多个相支路的双星型拓扑，每个相支路具有第一分支和第二分支，第一和第二分支的每个分支包括多个串联连接的转换器单元。控制器也操作以借助于闭环脉冲图形控制使OPP适应于MMC。控制器也操作以基于适应的OPP，发送点火信号到每个分支的多个单元。

借助于闭环脉冲图形控制，预计算的OPP能够适应于MMC以降低例如由于每个转换器单元的电容器的电容器电压波纹的扰动的影响。