[发明专利]一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，包括多绕组变压器、混合型MMC变换器、LC滤波器和直流输出端口，其特征在于：所述的多绕组变压器包括初级绕组、次级绕组a和次级绕组b；初级绕组与电网相连，次级绕组a每一相中的绕组直接与负载相连，次级绕组b与混合型MMC变换器相连，并经LC滤波器后接入绕组a。

2.根据权利要求1所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的多绕组变压器为三相变压器。

3.根据权利要求1所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的混合型MMC变换器为三相背靠背结构，混合型MMC变换器包括AC/DC变换器和DC/AC变换器。

4.根据权利要求3所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的AC/DC变换器和DC/AC变换器为混合型MMC结构，AC/DC变换器和DC/AC变换器中MMC结构的上下每个桥臂至少包括1个模块a、2个模块b和1个电感串联构成，上下两个桥臂构成1组。

5.根据权利要求4所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的模块a由两个带有反并联二极管的IGBT组成的半桥结构和直流电容组成。

6.根据权利要求4所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的模块b由四个带有反并联二极管的IGBT组成的全桥结构和直流电容组成。

7.根据权利要求3所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的AC/DC变换器和DC/AC变换器通过直流侧相连，将直流侧引出可作为直流输入/输出端口；AC/DC变换器通过LC滤波器与绕组b连接，DC/AC变换器则通过LC滤波器与绕组a相连。

8.根据权利要求1所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括MMC的电压平衡和环流抑制控制、无功功率补偿控制和动态电压恢复控制；

所述的MMC的电压平衡和环流抑制控制包括能量均衡控制和电压均衡控制，通过控制有功功率，维持直流侧电压稳定，保证变换器能够正常工作，能量均衡控制控制输入到变换器有功功率的分配，同时实现对环流的抑制；电压均衡控制通过控制子模块中电容电压跟踪其参考值，调整子模块的有功功率，以实现每一组上、下桥臂中子模块的电容电压均衡控制；

所述无功功率补偿控制通过混合型MMC结构AC/DC变换器实现，包括补偿电流计算及电流闭环控制，基于拓扑的独立性，采用分相补偿控制，先采集相电压、相电流并将其进行合成后进行abc/dq0变换，再根据瞬时功率理论计算有功功率P^ref及无功功率Q^ref,即：

$\left\{\begin{array}{c}{P}^{ref}=\frac{3}{2}(u_d{i}_d+u_q{i}_q)\\ Q^{ref}=\frac{3}{2}(u_d{i}_q-u_q{i}_d)\end{array}\right.$

式中，u_d、u_q，i_d、i_q分别为相电压、相电流在dq坐标系的分量；

随后，根据预先设定的无功补偿系数，计算无功补偿电流，作为输出补偿电流的参考值，通过电流闭环控制得到控制信号，最后经过PWM调制生成功率器件的开关信号；

所述动态电压恢复控制通过混合型MMC结构DC/AC变换器实现，包括电压检测及补偿电压计算和电压电流双环控制，再通过电压电流双环控制得到控制信号，最后通过PWM调制生成功率器件的开关信号，其中

所述电压环控制方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{Ld}^{ref}=-{\mathrm{\ωC}}_1{u}_{oq}+\left(K_{p1}+\frac{K_{i1}}{s}\right)\left(u_{od}^{ref}-u_{od}\right)+i_{cd}\\ i_{Ld}^{ref}={\mathrm{\ωC}}_1{u}_{od}+\left(K_{p1}+\frac{K_{i1}}{s}\right)\left(u_{oq}^{ref}-u_{oq}\right)+i_{cq}\end{array}\right.$

式中，分别为电压环输出控制信号；ω为电网角频率；C₁为LC滤波器电容值；u_od、u_oq为电容电压在dq轴下的分量；K_p1、K_i1分别为PI调节器的比例、积分系数；为变换器输出补偿电压参考值；i_cd、i_cq为流过LC滤波器电容电流在dq轴下的分量；

所述电流环控制方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{od}^{ref}=-\mathrm{\ω}{L}_1{i}_{cq}+(K_{p2}+\frac{K_{i2}}{s})(i_{Ld}^{ref}-i_{cd})\\ u_{oq}^{ref}=\mathrm{\ω}{L}_1{i}_{cd}+(K_{p2}+\frac{K_{i2}}{s})(i_{Lq}^{ref}-i_{cq})\end{array}\right.$

式中，为电流环输出控制信号；ω为电网角频率；L₁为变换器输出LC滤波器电感值；i_cd、i_cq为流过LC滤波器电容电流在dq轴下的分量；K_p2、K_i2分别为PI调节器的比例、积分系数；分别为电压环输出控制信号。