[发明专利]一种任意有功工况下恒速率均压的模块化多电平变换装置

说明书

本发明提供了一种任意有功工况下恒速率均压的模块化多电平变换装置，包括：直流侧电路，交流侧电路，模块化多电平变换装置主电路，调理单元，霍尔单元和控制单元；直流侧电路和交流测电路均与主电路电性连接；主电路通过光纤与控制单元电性连接；控制单元与调理单元电性连接；霍尔单元和控制单元与调理单元电性连接；控制单元执行环路控制算法，从而实现对独立环路均压动态特性与有功传输的解耦，并大幅提升控制参数鲁棒性，解决了模块化多电平变换器运行于低有功工况下均压动态性能差的问题。

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种任意有功工况下恒速率均压的模块化多电平变换装置。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC) 自提出以来，因其良好的可拓展性，较低的器件开关频率，较高的输出波形质量等特点，在电压源换流站、柔性直流输电等高压应用场合和中低压配电网、电力拖动等中低压应用场合得到了广泛的应用。此外，模块化多电平变换器因为子模块的存在，还具有多种具备应用前景的衍生拓扑，如混合型模块化多电平变换拓扑等。

对于MMC，由于其包含众多的悬浮子电容，而输出波形的质量直接与悬浮子电容的电压水平相关，因此子模块电容均压问题属于MMC技术中的重要技术领域。现有的主流技术路径主要分为两大类：一是电容电压排序算法；二是子模块独立环路控制。前者主要用于高压场合下，而后者因为固定的开关频率特性、均压效果良好和实现简便等优点在中低压应用场合下得到广泛应用，并且在实际使用中一般结合PWM方法产生开关信号。

在众多PWM调制技术中，载波移相调制（Phase-Shifted Carrier PWM, CPS-PWM）由于在各载波对应的开关信号间具有高对称特性而在多电平变换拓扑中被广泛应用。现有的多数子模块独立环路控制策略均是基于CPS-PWM调制。对于子模块独立环路控制，因为其结构的简单性，已存在的若干独立环路控制策略在原理上均具备较高的重复性。对于现有的独立环路控制方法，在正常工况下，MMC装置均有较好的稳态均压特性。然而，在系统有功功率较低的情况下，传统的子模块独立环路控制方法的均压动态特性将受到很大影响，如果此时出现较为明显的子模块电容偏差，均压控制环路将很难在短时间内使系统回到正常工作状态。这使得现有相关技术将在该工况下受到限制。

综上所述，现有采用子模块独立环路控制技术的模块化多电平变换装置在低有功工况下将存在子模块均压能力差、均压动态特性不佳的缺陷。

发明内容

有鉴于此，针对以上技术问题，本发明提供了一种任意有功工况下恒速率均压的模块化多电平变换装置，具体包括以下：

直流侧电路，交流侧电路，模块化多电平变换装置的主电路，调理单元，霍尔单元和控制单元；直流侧电路和交流测电路均与主电路电性连接；主电路通过光纤与控制单元电性连接；控制单元与调理单元电性连接；霍尔单元和控制单元与调理单元电性连接；所述控制单元采用环路控制方法。

进一步地，主电路一共三相，每相包含两个桥臂，分别为上桥臂SM_pi和下桥臂SM_ni；每个桥臂由N个半桥型子模块和一个桥臂电感L组成；i为半桥臂编号，i=1，2，3…,N。

进一步地，所述半桥型子模块具体包括：第一开关管、第二开关管、第一开关管和第二开关管分别对应的反并联二极管和悬浮电容。

进一步地，所述控制单元包括：

一个系统控制环节；

三个加法器，分别为第一加法器、第二加法器和第三加法器；

两个乘法器，分别为第一乘法器和第二乘法器；