[发明专利]一种用于MMC的子模块电容电压均衡控制系统

说明书

本发明公开了一种用于MMC的子模块电容电压均衡控制系统，包括MCU与采样模块；MCU包括模型解析单元、基本矢量作用时间计算单元、移相及循环控制单元、脉冲生成单元；采样模块采集的数据进入MCU中的模型解析单元；模型解析单元、基本矢量作用时间计算单元、移相及循环控制单元、脉冲生成单元依次连接；所述的MMC为三相模块化多电平变换器，三相模块化多电平变换器具有三相6个桥臂，每一个桥臂由n个子模块级联构成；每一个桥臂连接有一个电感L；移相及脉冲生成单元产生2组脉冲分别控制MMC中的上桥臂和下桥臂。该系统易于控制，结构简洁，扩展性好，易于实施。

技术领域

本发明涉及电力电子与自动控制领域中的模块化多电平变换器(Modularmultilevel converter，简称MMC)的子模块电容电压均衡控制方法领域，涉及一种基于移相空间矢量调制的MMC子模块电容电压均衡控制系统，特指一种在α'-β'坐标下采用循环移相空间矢量调制策略实现MMC子模块电容电压均衡的控制系统。

背景技术

MMC作为中高压大功率变流器的一种非常受欢迎的电路拓扑，其主要优点如下：高度的模块化结构，便于扩展系统容量和工业化生产；无需多路隔离的直流电源和输出变压器，简化了电路结构，降低了系统损耗；用低耐压开关器件实现高压多电平输出，改善了输出波形，降低了开关损耗；易于实现冗余控制，具有良好的可维护性、故障穿越及恢复能力。

MMC拓扑的输入端采用公共直流母线，将能量分散存储在各个子模块的悬浮电容中，为了实现多电平输出，串联在同一桥臂上的各个子模块采用分时导通或关断控制，由于器件参数的离散性及不一致性，很容易导致电容电压不平衡现象，严重时将出现部分子模块的电容电压过髙，造成系统过压保护，甚至器件损坏等问题。因此，保持桥臂内所有子模块的电容电压平衡是MMC控制的首要目标之一。

针对MMC储能电容均压控制，目前主要有分布式和集中式两类控制方法。分布式电压平衡控制是通过对各子模块电容电压进行独立的闭环调节而实现的，当MMC的串联子模块数量增加时，电压采样模块及闭环调节模块的数量随之增加，将导致系统硬件成本大大提高，控制系统非常复杂，实现难度增加。

集中式电压均衡控制(又称排序算法)即对同一桥臂所有子模块的电容电压进行周期釆样和排序，然后结合桥臂电流的方向和各个子模块的当前状态来选择合适的子模块进行导通和关断控制。当MMC的串联子模块数量增加时，将给控制系统带来沉重的计算负担，甚至有可能限制MMC的最高等效开关频率。因此，这种方法不适合模块数很多的MMC系统。

基于开环的循环分配PWM信号的集中式电容电压平衡控制方法如载波移相脉冲宽度调制(Carrier Phase Shifted Pulse-Width Modulation，简称CPSPWM)方法可以避免对各个子模块电容电压的周期采样。由于采用CPSPWM时各个子模块交替输出，电容能量分布比较均衡，因此能较好的实现电容电压均衡控制。但是实现CPSPWM需要大量的调制比较单元，当MMC的子模块数量很多时尤其突出。

与载波移相调制方法相比，空间矢量调制(Space Vector Pulse-WidthModulation，简称SVPWM)方法具有开关频率低、直流电压利用率高、输出波形谐波含量较小、易于数字实现等优点受到许多专家学者的关注。但SVPWM方法被用于多电平变流器时，随着电平数的增加，基本矢量数量大大增加，冗余开关状态矢量也大大增加，开关状态矢量的选择及其作用时间计算极为复杂，导致SVPWM方法实现困难，特别是用于MMC的调制时，很难实现子模块电容电压均衡控制，因此SVPWM方法很不适合应用于MMC。

因此，有必要设计一种新的MMC电容电压均衡控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于MMC的子模块电容电压均衡控制系统，该控制系统涉及的计算量小，易于实施。

发明的技术解决方案如下：