低频工况下模块化多电平变流器电容电压波动抑制方法

摘要

本发明涉及一种低频工况下模块化多电平变流器电容电压波动抑制方法，属于电力电子和电机传动技术领域。本方法通过对模块化多电平变流器交流侧三相相电流进行闭环控制，得到满足低频工作需求的交流侧三相相电流；通过对三相环流进行闭环控制，使环流中只含直流分量和高频交流分量，通过在直流侧中点电位叠加高频电压，使桥臂电压中含有高频零序分量；通过运算得到环流高频交流分量以及桥臂电压高频零序分量的幅值、频率、相位，使交流侧相电压、相电流中不含高频谐波，且使子模块充、放电的周期减小，起到抑制子模块电容电压波动的作用；通过对桥臂能量进行平衡控制，使各桥臂电气量保持对称，保证模块化多电平变流器的对称、平稳运行。

主权项

1.一种低频工况下模块化多电平变流器电容电压波动抑制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）根据模块化多电平变流器的运行控制目标计算得到交流侧端口三相相电流参考值i_jr，实时测量得到模块化多电平变流器交流侧端口三相相电流的瞬时值i_j和交流侧三相相电压u_j，通过计算变流器交流侧端口三相相电流参考值i_jr与三相相电流的瞬时值i_j之间的差值i_jr-i_j，对该差值进行比例积分运算，将计算结果与上述实时测量的交流侧三相相电压u_j作和，得到模块化多电平变流器的交流侧三相相电压参考值u_jr，其中j代表三相相序，j＝a,b,c，下标r代表参考值；（2）分别计算模块化多电平变流器的各相环流参考值i_cjr和零序电压参考值u_0r，具体过程包括以下步骤：（2-1）实时测量模块化多电平变流器的交流侧三相相电压u_j的峰值U_m和频率f，以及模块化多电平变流器的交流侧功率因数角并根据模块化多电平变流器的直流侧电压U_dc，利用下式计算模块化多电平变流器的零序电压参考值u_0r：上式中，为零序电压相位角，U₀为模块化多电平变流器的零序电压幅值，U₀=k_vU_m，其中k_v为零序电压控制系数，满足关系式（m为模块化多电平变流器的调制比，满足关系式)；f₀为零序电压频率，满足关系式f₀＝(6k_f-3)f，其中k_f为正整数，k_f的取值使f₀∈[30,10000]Hz；（2-2）实时测量模块化多电平变流器的交流侧有功功率P_ac和交流侧三相相电流的峰值I_m，并根据模块化多电平变流器的直流侧电压U_dc，利用下式计算模块化多电平变流器j相环流参考值i_cjr：i_cjr＝I_dr+i_cjΔr，上式中，I_dr为模块化多电平变流器j相环流直流分量参考值，i_cjΔr为j相环流交流分量参考值，其中I_c为j相环流交流分量参考值的幅值，式中的k_i为环流控制系数，k_i∈[0,1]，f_c为j相环流交流分量参考值的频率，f_c＝(6k_f-2)f，为j相环流交流分量参考值的相位，当j＝a时，当j＝b时，当j＝c时，（3）实时测量模块化多电平变流器的三相上、下桥臂电流瞬时值i_jp、i_jn，利用下式计算得到模块化多电平变流器的三相环流瞬时值i_cj：计算三相环流瞬时值i_cj与步骤（2-2）中环流参考值i_cjr的差值i_cj-i_cjr，对该差值进行比例积分运算，将计算结果与直流侧电压的一半作和，得到模块化多电平变流器的环流电压参考值u_cjr；（4）实时测量模块化多电平变流器三相上桥臂各子模块电容电压u_cjpi，其中i为模块化多电平变流器j相上桥臂各子模块的序号，i＝1,2,...,N，N为上桥臂子模块的总数，根据下式计算上桥臂各子模块电容的平均电压u_cjp：实时测量模块化多电平变流器三相下桥臂各子模块电容电压u_cjnl，l为模块化多电平变流器j相下桥臂各子模块的序号，l＝1,2,...,N，根据下式计算上桥臂子各模块电容的平均电压u_cjn：$u_{\mathrm{cjn}}=\frac{1}{N}\underset{l=1}{\overset{N}{\Sigma }}{u}_{\mathrm{cjnl}};$根据下式计算三相上、下桥臂各子模块电容的平均电压的差模分量u_cjd：$u_{\mathrm{cjd}}=\frac{1}{2}(u_{\mathrm{cjp}}-u_{\mathrm{cjn}});$对上述差模分量u_cjd进行比例积分运算，得到模块化多电平变流器的桥臂能量平衡电压参考值u_ejr；（5）根据步骤（1）-（4）得到的四个参考电压，利用下式分别计算模块化多电平变流器三相上桥臂电压参考值u_jpr和下桥臂电压参考值u_jnr：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{jpr}}=u_{\mathrm{cjr}}-u_{\mathrm{jr}}-u_{\mathrm{ejr}}-u_{0r}\\ u_{\mathrm{jnr}}=u_{\mathrm{cjr}}+u_{\mathrm{jr}}+u_{\mathrm{ejr}}+u_{0r}\end{array}\right.$（6）根据模块化多电平变流器三相上桥臂电压参考值u_jpr和下桥臂电压参考值u_jnr，利用脉宽调制计算和子模块电容均压计算，得到模块化多电平变流器上、下桥臂所有电力电子器件的开关控制信号，实现低频工况下模块化多电平变流器电容电压波动抑制。