[发明专利]基于耦合电感双降压型子模块的模块化多电平拓扑结构及其控制方法

权利要求书

1.一种基于耦合电感双降压型子模块的模块化多电平拓扑结构的控制方法，所述基于耦合电感双降压型子模块的模块化多电平拓扑结构包括两组完全相同的耦合电感双降压型子模块和耦合电感；

每组子模块包括N个首尾相连的子模块；第一组子模块中第一个子模块的首端与外部直流系统的正极相连，第二组子模块中第N个子模块的尾端与外部直流系统的负极相连；第一组子模块中第N个子模块的尾端经由所述耦合电感与所述第二组子模块中第一个子模块的首端相连；所述耦合电感的中点与外部交流系统的正极相连；所述外部直流系统包括直流电压源，所述直流电压源在电压中点处引出并与所述外部交流系统的负极相连；所述直流电压源的电压中点处和所述外部交流系统的负极接地；

每一子模块包括并联电容、两个绝缘栅双极型晶体管IGBT、两个续流二极管VD和一个子模块耦合电感；每一子模块的首尾端之间有三条并联支路；并联电容位于第一并联支路中，第一IGBT和第一VD串联形成第二并联支路，第二IGBT和第二VD串联形成第三并联支路；第二和第三并联支路相互反接且各自中点分别与子模块耦合电感的两端相连；子模块的输入端口跨接在首尾两端，输出端口跨接在子模块耦合电感的中点和尾端；

所述控制方法包括如下步骤：

(1)对系统共模电压和电流采用电压电流双闭环控制，即系统共模电压作为电压外环控制对象，系统共模电流作为电流内环控制对象，采用比例积分控制器，通过控制共模电流的直流分量来调节外部直流系统对子模块单元的功率注入，确定在使得子模块共模电压维持在系统共模电压给定值2U_dc/N时的系统共模调制信号m_cm；其中U_dc为所述外部直流系统中直流电压源输出电压值的一半；

(2)以系统差模电流为控制对象，设计相应的电流环，通过比例谐振控制器减小输出稳态误差，提高动态响应性能，得到系统差模调制信号m_dm；

(3)以耦合电感双降压型子模块的共模电流为控制对象，设计相应的电流环，采用比例积分控制器以提供合适的直流偏置，保证系统始终运行在电流连续工况，该电流环以子模块的共模电流调制信号m_0j作为输出，j＝{u,l}，u和l分别表示上下桥臂；

(4)对系统共模调制信号m_cm，系统差模调制信号m_dm和子模块的共模电流调制信号m_0j进行组合得到各子模块的调制信号；

(5)对所述模块化多电平拓扑结构采用载波移相策略，将步骤(4)中得到的各子模块的调制信号与各子模块的载波进行比较，将比较后的脉冲作为每个子模块的开关信号。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述外部交流系统包括交流电压源和滤波电感。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述外部直流系统中的直流电压源通过共模电流向子模块发出功率，外部交流系统通过差模电流吸收子模块存储的功率，实现能量的双向流动；其中，共模电流只在变换器内部或者外部直流系统侧流动，而不流经外部交流系统；差模电流的大小为外部交流系统侧输出电流的一半。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，每一子模块输出0，U_dc/N，2U_dc/N三个电平，其中U_dc为所述外部直流系统中直流电压源输出电压值的一半。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤(1)具体包括如下子步骤：

(11)将系统共模电压给定值2U_dc/N经比例积分控制器进行调节，得到系统共模电流给定值；

(12)检测系统共模电流实际值，将给定值与实际值相减得到共模电流误差值，经电流内环比例积分控制器调节得到第一电感电压值；

(13)将U_dc与第一电感电压值相减，除以系统级PWM增益并经过延时环节后得到系统共模调制信号m_cm；其中所述系统级PWM增益等于N*U_{dc_cm}，U_{dc_cm}为系统共模电压值。