一種三相模塊化多電平變換器并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三相模塊化多電平變換器并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國家對新能源的重視程度不斷增加，光伏產業(yè)近幾年發(fā)展非常迅速，提高電 能質量、減少諧波污染、提高發(fā)電系統(tǒng)的效率及功率是目前各種變換器的重要參數。近幾年 高壓輸電技術越來越普及，高壓輸電成為一種大勢所趨。傳統(tǒng)提高系統(tǒng)耐壓的方法是選擇 耐高壓的器件作為變換器的開關管，這樣雖然能提高系統(tǒng)耐壓，但提升空間有限，而且容易 造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此選擇其他方法增加系統(tǒng)耐壓異常重要。
[0003] 模塊化多電平變換器采用多個模塊級聯(lián)的方法，通過此方法有效的解決了開關器 件耐壓的問題，通過將每個模塊的電壓級聯(lián)并用正確的控制方法即可實現大范圍的電壓應 用問題。此種變換器由于高度的模塊化，因此可以實現系統(tǒng)的可伸縮性。目前高壓輸電分 為高壓直流和高壓交流輸電，而這種變換器不僅能夠應用于高壓直流而且同樣能夠應用于 高壓交流輸電中，而且此變換器能夠通過改變調制策略使同一臺設備分為處于整流或者逆 變的不同模式，無論是高壓直流還是高壓交流輸電，這種變換器都能在輸電系統(tǒng)兩端處于 整流或者逆變的工作狀態(tài)，所以這種變換器在國內外已經普遍投入使用。
[0004] 雖然模塊化多電平變換器實現了大范圍電壓應用的問題，但是其輸出電流仍然受 至IJ開關管的限制，輸出電流大小仍然受限。為了解決這一問題，可以采用將模塊化多電平變 換器并聯(lián)的方法以解決這一問題。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種三相模塊化多電平變換器并聯(lián)系統(tǒng)及其控 制方法，本方法通過模塊化多電平變換器并聯(lián)的方法實現變換器輸出電流范圍的增加。通 過這種并聯(lián)的方法可實現大范圍的電壓、電流應用問題和模塊化多電平變換器并聯(lián)控制， 效果理想。
[0006] 為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] -種三相模塊化多電平變換器并聯(lián)系統(tǒng)，包括輸入電源，輸入電源并聯(lián)有N臺三 相模塊化變換器，所述三相模塊變換器彼此并聯(lián)，每臺三相模塊化變換器包括三相橋臂，每 相橋臂包括上橋臂及下橋臂，且上橋臂及下橋臂結構對稱，均包括n個串聯(lián)的子模塊和靠 近中性點的電感，每個子模塊內包括兩個串聯(lián)的開關管和一個與該兩個串聯(lián)的開關管相并 聯(lián)的電容，每相橋臂的中性點經LC濾波器連接后并網，每個子模塊的開關管的開關狀態(tài)均 由相應的觸發(fā)信號控制。
[0008] 所述輸入電源還包括與之相串聯(lián)的電阻。
[0009] 所述開關管為IGBT管。
[0010] -種三相模塊化多電平功率變換系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0011] (1)對N臺三相模塊化變換器的輸出電流進行坐標變換，將其從三維坐標系變換 到a0坐標系下；
[0012] (2)將三相模塊化變換器的aP坐標系下的電流值進行調節(jié)，得到調制波，通過 控制其中N-I臺變換器的零序電流來抑制變換器之間的環(huán)流；
[0013] (3)應用半橋臂子模塊電容電壓均衡原理，在任一橋臂，根據橋臂電流的方向控制 被投入子模塊的電容是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)；同時檢測每個橋臂子模塊電容電壓的值， 然后根據橋臂電流方向決定投入子模塊。
[0014] 優(yōu)選的，在坐標變換之前，對電網電壓進行鎖相，得到三相電網相角；通過相角來 實現電流與電網電壓同相，使得系統(tǒng)時刻獲得最大的功率因數。
[0015] 所述步驟⑵中，將N臺三相模塊化變換器的a0坐標系下的電流值通過PR調 節(jié)器調節(jié)得到調制波，通過控制N臺模塊化多電平變換器中的任意N-I臺變換器的零序電 流來抑制變換器之間的環(huán)流。
[0016] 所述步驟（2)中，通過對N臺三相模塊化變換器在aP坐標系下的電流進行控 制，分別通過PR環(huán)節(jié)控制電流ia、ip，使ia、ip成為目標電流，而對于N臺變換器中的N-I 臺變換器，通過控制零序電流來抑制變換器之間的環(huán)流，其中ia+ib+i。作為零序電流，通過 PI環(huán)節(jié)使N-I臺變換器的零序電流為零。
[0017] 所述步驟（3)中，當電流方向為對投入子模塊充電時，檢測橋臂中各模塊的電容 電壓，選擇相應電壓從低到高的設定個數的子模塊投入到系統(tǒng)中，就會使這些模塊的電容 充電；當電流方向為對投入子模塊放電時，檢測橋臂中各模塊的電容電壓，選擇相應電壓從 高到低的設定個數的子模塊投入到系統(tǒng)中，使這些模塊的電容放電。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為：
[0019] 1.傳統(tǒng)單臺模塊化多電平變換器雖然系統(tǒng)工作電壓較高，但是輸出電流有限，而 本發(fā)明能夠通過多臺變換器的并聯(lián)實現輸出電流的增大；
[0020] 2.本發(fā)明提出適合多臺模塊化多電平變換器并聯(lián)的控制策略，即將模塊化多電平 變換器的輸出電流在a0坐標系下，通過PR環(huán)節(jié)控制N臺變換器的三相輸出電流，實現對 每臺變換器的輸出電流大小進行特定的控制；
[0021] 3.本發(fā)明提出的控制策略有效的解決了多臺變換器之間的環(huán)流問題，通過PI環(huán) 節(jié)控制N-I臺變換器的零序電流的來實現解決多臺變換器之間的環(huán)流問題。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構圖；
[0023] 圖2a為模塊化多電平變換器各子模塊的工作方式一下第一種電流流向示意圖；
[0024] 圖2b為模塊化多電平變換器各子模塊的工作方式一下第二種電流流向示意圖；
[0025] 圖2c為模塊化多電平變換器各子模塊的工作方式二下第一種電流流向示意圖；
[0026] 圖2d為模塊化多電平變換器各子模塊的工作方式二下第二種電流流向示意圖；
[0027] 圖2e為模塊化多電平變換器各子模塊的工作方式三下第一種電流流向示意圖；
[0028] 圖2f為模塊化多電平變換器各子模塊的工作方式三下第二種電流流向示意圖；
[0029] 圖3a為某一橋臂的子模塊電容電壓排序原理圖；
[0030] 圖3b為某一橋臂的子模塊電容電壓數值排序原理圖；
[0031] 圖4a為逆變模式下未加入環(huán)流抑制的aP坐標系下第一臺變換器輸出電流波 形；
[0032] 圖4b為逆變模式下加入環(huán)流抑制的a0坐標系下第一臺變換器輸出電流波形；
[0033] 圖5a為逆變模式下未加入環(huán)流抑制的aP坐標系下第二臺變換器輸出電流波 形；
[0034] 圖5b為逆變模式下加入環(huán)流抑制的aP坐標系下第二臺變換器輸出電流波形；
[0035] 圖6a為逆變模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下第一臺變換器1秒內電壓及電 流波形；
[0036] 圖6b為逆變模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下第一臺變換器0. 2秒內電壓及 電流波形；
[0037] 圖7a為逆變模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下第二臺變換器1秒內電壓及電 流波形；
[0038] 圖7b為逆變模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下第二臺變換器0. 2秒內電壓及 電流波形；
[0039] 圖8a為逆變模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下1秒內電網側電壓及側電流波 形；
[0040] 圖8b為逆變模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下0. 2秒內電網側電壓及電流波 形；
[0041] 圖9a為逆變模式下直流側電源輸出電流波形；
[0042] 圖9b為逆變模式下直流側電源輸出電壓波形；
[0043] 圖IOa為整流模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下第一臺變換器0. 2s內電壓及 電流波形；
[0044] 圖IOb為整流模式下加入環(huán)流抑制的三維坐標系下第二臺變換器0. 2s內電壓及 電流波形；
[0045] 圖Ila為整流模式下直流側電源輸出電流波形；
[0046] 圖Ilb為整流模式下直流側電源輸出電壓波形。
【具體實施方式】：
[0047] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0048] 如圖1所示，一種三相模塊化多電平功率變換系統(tǒng)，包括輸入電源，所述輸入電源 與N臺相并聯(lián)的三相模塊化變換器相并聯(lián)，每臺三相模塊化變換器包括三相橋臂，每相橋 臂包括上橋臂及下橋臂，且上橋臂及下橋臂結構對稱，均包括n個串聯(lián)的子模塊和靠近中 性點的電感，其中每個子模塊內包括兩個串聯(lián)的IGBT管和一個與該兩個串聯(lián)的IGBT管相 并聯(lián)的電容，每相橋臂的中性點經濾波器連接后并網，每個子模塊均與控制器相連；