本發(fā)明屬于模塊化多電平直流變壓器領(lǐng)域，公開了一種模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法。

背景技術(shù)：

1、直流輸配電技術(shù)在可靠性、傳輸效率、輸送能力、電能質(zhì)量等方面的優(yōu)勢(shì)日益突顯，直流電網(wǎng)極具發(fā)展?jié)摿?，而直流電網(wǎng)目前存在多種電壓等級(jí)，需要用于實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)直流輸配電線路互聯(lián)并具有電氣隔離、功率雙向傳輸控制的直流變壓器。模塊化多電平直流變壓器是用串聯(lián)的半橋子模塊替換雙向有源h橋中的單個(gè)開關(guān)器件來構(gòu)成的，可以結(jié)合雙向有源h橋和模塊化多電平換流器的優(yōu)點(diǎn)，適用于中高壓直流電網(wǎng)的多種應(yīng)用場(chǎng)景。

2、由于模塊化多電平直流變壓器的子模塊電容是分散連接的，其電容電壓在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)會(huì)受到電容值的偏差、開關(guān)器件偏差、各個(gè)子模塊開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間不一致等因素的影響而導(dǎo)致橋臂內(nèi)子模塊電容電壓不均衡，從而威脅設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)有的模塊化多電平直流變壓器的子模塊均壓控制方法存在不足之處，具有無法兼顧控制方法簡單、計(jì)算量少、全功率和寬電壓增益范圍運(yùn)行的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的，提供一種模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。

2、技術(shù)方案，一種模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，所述方法應(yīng)用于包含單相mmc、中高頻隔離變壓器和h橋的模塊化多電平直流變壓器拓?fù)洌渲袉蜗鄊mc連接在中高頻隔離變壓器的原邊、h橋連接在中高頻功率變壓器的副邊，單相mmc的每相單元包含上橋臂和下橋臂，且上、下橋臂各自具有n個(gè)級(jí)聯(lián)的子模塊，單個(gè)橋臂的輸出電壓采用類兩電平調(diào)制；

3、所述方法包括以下步驟：

4、s1、獲取當(dāng)前模塊化多電平直流變壓器的負(fù)載電流io和輸出電壓參考值u2ref；

5、s2、計(jì)算傳輸功率標(biāo)幺值p，其中p=(u2ref·io)?/?pb，pb為傳輸功率基準(zhǔn)值，pb?=(nu1u2)?/?(8fl)，其中n為中高頻隔離變壓器的變比，u1為輸入側(cè)直流電壓，u2為輸出側(cè)直流電壓，f為開關(guān)頻率，l為模塊化多電平直流變壓器的等效漏感；

6、s3、將計(jì)算得到的傳輸功率標(biāo)幺值p與工作模式切換值ps進(jìn)行比較，其中ps?=?0.5-d0+?d02/2?，其中d0為類兩電平調(diào)制比；

7、s4、如果傳輸功率標(biāo)幺值p小于等于工作模式切換值ps，則切換為第一工作模式運(yùn)行，即h橋的開關(guān)脈沖加入內(nèi)移相控制；如果傳輸功率標(biāo)幺值p?大于工作模式切換值?ps，則切換為第二工作模式運(yùn)行，即h橋的開關(guān)脈沖不加入內(nèi)移相控制；

8、s5、采樣每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊的電容電壓，對(duì)每個(gè)橋臂內(nèi)n個(gè)子模塊電容電壓進(jìn)行升序排序，得出第k個(gè)子模塊電容電壓升序排序后的序號(hào)j；

9、s6、計(jì)算第k個(gè)子模塊的開關(guān)脈沖的占空比dk，其中dk?=?0.5?+?0.5dp(n-2j+1)，其中dp為類兩電平調(diào)制移相比；

10、s7、根據(jù)占空比dk與載波比較得到每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊的開關(guān)脈沖。

11、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，所述第一工作模式中，h橋的第二個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖滯后第一個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖dht時(shí)間，其中t為半個(gè)開關(guān)周期，dh為內(nèi)移相比，內(nèi)移相比的計(jì)算公式為：

12、dh?=?1-d0/2-d，

13、其中d為模塊化多電平直流變壓器工作時(shí)的移相比。

14、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，所述第二工作模式中，h橋的第二個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖滯后第一個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖t時(shí)間，其中t為半個(gè)開關(guān)周期。

15、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，類兩電平調(diào)制比d0的取值滿足：

16、。

17、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，類兩電平調(diào)制比d0與類兩電平調(diào)制移相比dp之間的關(guān)系為：d0=(n-1)dp。

18、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，所述單相mmc的每相單元的上、下橋臂中的子模塊采用半橋結(jié)構(gòu)。

19、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，所述方法通過調(diào)整每個(gè)子模塊的開關(guān)脈沖占空比從而調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)吸收的電荷量來維持每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊電容電壓的均衡。

20、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，所述方法的子模塊的開關(guān)頻率等于中高頻隔離變壓器的頻率。

21、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，步驟s3還包括對(duì)類兩電平調(diào)制比d0進(jìn)行調(diào)整，具體為：

22、s3a、獲取功率變化量dp和時(shí)間變化量dt，基于功率變化量dp和時(shí)間變化量dt，計(jì)算得到功率波動(dòng)指數(shù)pfi；

23、pfi=?(dp/dt)/?prated，

24、其中dp/dt為功率變化率，prated為額定功率；

25、s3b、基于功率波動(dòng)指數(shù)pfi，計(jì)算得到自適應(yīng)調(diào)制比d0-adaptive；

26、d0-adaptive?=?d0-base?-k1·tanh(k2·pfi)

27、其中d0-base為基礎(chǔ)調(diào)制比，k1和k2為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)，tanh(?)表示雙曲正切函數(shù)；

28、s3c、在每個(gè)控制周期內(nèi)，判斷所述自適應(yīng)調(diào)制比d0-adaptive是否滿足以下條件：

29、d0-adaptive＜(3n-5-2sqrt((2n-3)(n-2)))/(n-1)；

30、d0-adaptive＜(9-4?sqrt(3))/11；

31、其中n為每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊的數(shù)量；

32、s3d、如果滿足條件，則將類兩電平調(diào)制比d0更新為自適應(yīng)調(diào)制比d0-adaptive；否則，保持類兩電平調(diào)制比d0為d0-base。

33、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)k1和k2滿足：

34、k1=δd0-max?/?tanh(k2·pfimax)

35、其中δd0-max表示系統(tǒng)允許的最大調(diào)制比變化量，pfimax表示系統(tǒng)允許的最大功率波動(dòng)指數(shù)。

36、有益效果，本發(fā)明采用改變開關(guān)脈沖占空比的方式實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓均衡且均壓方法不會(huì)受到電壓增益的影響；子模塊開關(guān)脈沖占空比的大小只需要通過子模塊電容電壓的排序來確定，不需要檢測(cè)橋臂電流方向的傳感器，開關(guān)頻率等于中高頻變壓器的頻率，降低了開關(guān)頻率且控制簡單可靠、計(jì)算量少；在不同運(yùn)行功率標(biāo)幺值處引入了副邊h橋內(nèi)移相控制，可以使得均壓控制方法不受功率運(yùn)行條件的影響，能在全功率范圍內(nèi)有效。

技術(shù)特征：

1.一種模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于包含單相mmc、中高頻隔離變壓器和h橋的模塊化多電平直流變壓器拓?fù)?，其中單相mmc連接在中高頻隔離變壓器的原邊、h橋連接在中高頻功率變壓器的副邊，單相mmc的每相單元包含上橋臂和下橋臂，且上、下橋臂各自具有n個(gè)級(jí)聯(lián)的子模塊，單個(gè)橋臂的輸出電壓采用類兩電平調(diào)制；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，所述第一工作模式中，h橋的第二個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖滯后第一個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖dht時(shí)間，其中t為半個(gè)開關(guān)周期，dh為內(nèi)移相比，內(nèi)移相比的計(jì)算公式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，所述第二工作模式中，h橋的第二個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖滯后第一個(gè)橋臂的開關(guān)脈沖t時(shí)間，其中t為半個(gè)開關(guān)周期。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，類兩電平調(diào)制比d0的取值滿足：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，類兩電平調(diào)制比d0與類兩電平調(diào)制移相比dp之間的關(guān)系為：d0=(n-1)dp。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，所述單相mmc的每相單元的上、下橋臂中的子模塊采用半橋結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，所述方法通過調(diào)整每個(gè)子模塊的開關(guān)脈沖占空比從而調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)吸收的電荷量來維持每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊電容電壓的均衡。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，所述方法的子模塊的開關(guān)頻率等于中高頻隔離變壓器的頻率。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，步驟s3還包括對(duì)類兩電平調(diào)制比d0進(jìn)行調(diào)整，具體為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，其特征在于，預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)k1和k2滿足：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種模塊化多電平直流變壓器全功率范圍均壓控制方法，包括獲取當(dāng)前模塊化多電平直流變壓器的負(fù)載電流和輸出電壓參考值；計(jì)算傳輸功率標(biāo)幺值，將其與工作模式切換值進(jìn)行比較，如果傳輸功率標(biāo)幺值小于等于工作模式切換值則切換為第一工作模式運(yùn)行；如果傳輸功率標(biāo)幺值大于工作模式切換值則切換為第二工作模式運(yùn)行；采樣每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊的電容電壓，對(duì)每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊電容電壓進(jìn)行升序排序，得出子模塊電容電壓升序排序后的序號(hào)；計(jì)算子模塊的開關(guān)脈沖的占空比，根據(jù)占空比與載波比較得到每個(gè)橋臂內(nèi)子模塊的開關(guān)脈沖。本發(fā)明的均壓控制方法不僅控制簡單可靠、計(jì)算量少，且不會(huì)受到電壓增益的影響，能在全功率范圍內(nèi)有效。

技術(shù)研發(fā)人員：季振東,朱述超,呂建國,王建華,趙劍鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29