本發(fā)明涉及電力電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種模塊化多電平背靠背換流器及其控制方法。
背景技術(shù)：
：模塊化多電平背靠背換流器是一種輸電線路長(zhǎng)度為零的模塊化多電平換流器，它由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的上橋臂和下橋臂均由數(shù)量相同的多個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，通過分別控制每個(gè)子模塊的狀態(tài)，可以使換流器輸出的交流電壓逼近正弦波，從而降低輸出電壓中的諧波含量，解決兩電平電壓源換流器存在的串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，模塊化多電平背靠背換流器已經(jīng)在異步聯(lián)網(wǎng)、背靠背聯(lián)網(wǎng)工程中得到了應(yīng)用。但是，由于現(xiàn)有的模塊化多電平背靠背換流器的子模塊個(gè)數(shù)多，換流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)電容器的電容量要求高，因此制造換流器的成本昂貴。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的模塊化多電平背靠背換流器的典型結(jié)構(gòu)，從圖1可以看出，現(xiàn)有的模塊化多電平背靠背換流器由6個(gè)橋臂1～6組成，每個(gè)橋臂包括至少4個(gè)子模塊，通過計(jì)算可知，現(xiàn)有的模塊化多電平背靠背換流器至少需要24個(gè)子模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)換流器輸出的交流電壓逼近正弦波的目的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種模塊化多電平背靠背換流器及其控制方法，在保證輸出的交流電壓逼近正弦波的基礎(chǔ)上，有效地減少子模塊的個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化模塊化多電平背靠背換流器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低模塊化多電平背靠背換流器的制造成本。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一方面，本發(fā)明提供了一種模塊化多電平背靠背換流器，所述換流器包括六個(gè)橋臂，六個(gè)橋臂級(jí)聯(lián)構(gòu)成六邊形，其中，相鄰兩個(gè)橋臂的連接端依次輪流設(shè)置為三相交流系統(tǒng)一次側(cè)的三個(gè)電流流入端和三相交流系統(tǒng)二次側(cè)的三個(gè)電流流出端。本發(fā)明的模塊化多電平背靠背換流器包括六個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂上最少可以設(shè)置兩個(gè)子模塊，也就是說(shuō)，本發(fā)明的模塊化多電平背靠背換流器最少可以使用12個(gè)子模塊就能夠保證輸出的交流電壓逼近正弦波，有效地減少子模塊的個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化模塊化多電平背靠背換流器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低模塊化多電平背靠背換流器的制造成本，在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)、電力交易、城市配網(wǎng)增容及電能質(zhì)量提高等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。第二方面，本發(fā)明提供了一種上述的模塊化多電平背靠背換流器的控制方法，該控制方法包括如下步驟：S1：采用PQ解耦的有功/無(wú)功功率控制得到所述模塊化多電平背靠背換流器一次側(cè)的各電流流入端的電流參考值和二次側(cè)的各電流流出端的電流參考值；通過調(diào)節(jié)一次側(cè)的有功電流控制所述模塊化多電平背靠背換流器中子模塊的平均電壓平衡，計(jì)算一次側(cè)和二次側(cè)的有功電流參考值；S2：通過步驟S1中得到的一次側(cè)的各電流流入端的電流參考值、二次側(cè)的各電流流出端的電流參考值以及一次側(cè)和二次側(cè)的有功電流參考值，分解計(jì)算得到所述模塊化多電平背靠背換流器中任意兩個(gè)電流流入端之間或任意兩個(gè)電流流出端的線電流參考值；S3：在保持各橋臂中每個(gè)子模塊的平均電壓平衡的基礎(chǔ)上，計(jì)算環(huán)流參考值；S4：計(jì)算各橋臂中每個(gè)子模塊的電流參考值，每個(gè)子模塊的電流參考值為流經(jīng)該子模塊的所有電流參考值之和；S5：得到每個(gè)子模塊的電流參考值后，采用內(nèi)模控制原理得到每個(gè)子模塊的電壓參考值；S6：根據(jù)排序算法平衡各橋臂中的每個(gè)子模塊的電壓。本發(fā)明所提供的六邊形模塊化多電平背靠背換流器的控制方法的有益效果與上述六邊形模塊化多電平背靠背換流器的有益效果相同，在此不再贅述。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的模塊化多電平背靠背換流器的典型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中所涉及的模塊化多電平背靠背換流器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖中箭頭方向表示電流的參考方向；圖3a為本發(fā)明實(shí)施例一中所涉及的模塊化多電平背靠背換流器的第一種橋臂結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3b為本發(fā)明實(shí)施例一中所涉及的模塊化多電平背靠背換流器的第二種橋臂結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3c為本發(fā)明實(shí)施例一中所涉及的模塊化多電平背靠背換流器的第三種橋臂結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中所涉及的模塊化多電平背靠背換流器的子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：A-第一橋臂；B-第二橋臂；C-第三橋臂；D-第四橋臂；E-第五橋臂；F-第六橋臂；W-第一橋臂與第二橋臂的連接端；S-第二橋臂與第三橋臂的連接端；U-第三橋臂與第四橋臂的連接端；T-第四橋臂與第五橋臂的連接端；V-第五橋臂與第六橋臂的連接端；W-第六橋臂與第一橋臂的連接端；L-電抗器；SM-子模塊；1-現(xiàn)有第一橋臂；2-現(xiàn)有第二橋臂；3-現(xiàn)有第三橋臂；4-現(xiàn)有第四橋臂；5-現(xiàn)有第五橋臂；6-現(xiàn)有第六橋臂。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明所提出的技術(shù)方案的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明所提出的技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是所提出的技術(shù)方案的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種模塊化多電平背靠背換流器，該模塊化多電平背靠背換流器包括六個(gè)橋臂A～F，六個(gè)橋臂A～F級(jí)聯(lián)構(gòu)成六邊形，其中，第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R、第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S、第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T為三相交流系統(tǒng)一次側(cè)的三個(gè)電流流入端，第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W、第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U、第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V為三相交流系統(tǒng)二次側(cè)的三個(gè)電流流出端。所述橋臂A～F各自包括多個(gè)子模塊SM和至少一個(gè)電抗器L，多個(gè)子模塊SM和至少一個(gè)電抗器L相串聯(lián)，兩者可以以任何數(shù)量的配比和任意的排列順序進(jìn)行串聯(lián)。例如，每個(gè)橋臂中，電抗器L處于該橋臂的一端或兩端,參見圖3a和圖3b；或者，每個(gè)橋臂中，電抗器L可以串聯(lián)在多個(gè)子模塊SM之間，參見圖3c，總之，只要電抗器L與子模塊SM串聯(lián)就可以，由于電抗器L對(duì)位置沒有限制，減少了空間布局對(duì)換流器設(shè)計(jì)的限制。所述子模塊包括電容和多個(gè)開關(guān)器件，多個(gè)子模塊并不需要在同一時(shí)刻一起導(dǎo)通，而是隨著正弦波的變化依次導(dǎo)通以構(gòu)成正弦電壓波形，從而避免了多個(gè)直接串聯(lián)所帶來(lái)的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。為了進(jìn)一步減少子模塊的個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化模塊化多電平背靠背換流器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低模塊化多電平背靠背換流器的制造成本，優(yōu)選地，所述橋臂A～F各自包括兩個(gè)子模塊SM和一個(gè)電抗器L。所述子模塊SM的類型選擇為全H橋型，參見圖4，這是因?yàn)槿獺橋型子模塊可以輸出三種電壓，正電壓、負(fù)電壓和零電壓，更加適用于本發(fā)明的六邊形模塊化多電平背靠背換流器。為了更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的模塊化多電平背靠背換流器的結(jié)構(gòu)，具體地，將本發(fā)明的模塊化多電平背靠背換流器(以下簡(jiǎn)稱為換流器1，參見圖2)與現(xiàn)有技術(shù)中的模塊化多電平背靠背換流器(以下簡(jiǎn)稱為換流器2，參見圖1)進(jìn)行對(duì)比分析如下：對(duì)于換流器1的一次側(cè)的電流流入端(以第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R為例)，其對(duì)應(yīng)的二次側(cè)的電流流出端為第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U，也就是說(shuō)，從R端流入的電流分別經(jīng)過兩條線路(橋臂F、E和D；橋臂A、B和C)，然后從U端流出；對(duì)應(yīng)于換流器2，相當(dāng)于電流從一次側(cè)流入，分別經(jīng)過兩條線路(現(xiàn)有第一橋臂1的上橋臂和現(xiàn)有第六橋臂6的上橋臂；現(xiàn)有第一橋臂1的下橋臂和現(xiàn)有第六橋臂6的下橋臂)，然后從二次側(cè)流出。換流器1的其他連接端的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S、第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V兩者相對(duì)應(yīng)，第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T、第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W兩者相對(duì)應(yīng)。實(shí)施例二本發(fā)明實(shí)施例二提供了一種實(shí)施例一的模塊化多電平背靠背換流器的控制方法。為了保證每個(gè)子模塊SM的平均電壓恒定，需要控制一次側(cè)流入的功率等于二次側(cè)流出的功率，這也是本發(fā)明控制方法中的基本原則，具體分析如下：每個(gè)子模塊SM的平均功率如下：PACE=PA=PC=PE=V1I13cos(φ1-π6)-V2I23cos(φ2-5π6)]]>PBDF=PB=PD=PF=-V1I13cos(φ1-5π6)+V2I23cos(φ2-π6)]]>其中，PA為第一橋臂A中的各子模塊SM的平均功率，，PC為第三橋臂C中的各子模塊SM的平均功率，PE為第五橋臂E中的各子模塊SM的平均功率，PACE為第一橋臂A、第三橋臂C、第五橋臂E中的各子模塊SM的平均功率；PB為第二橋臂B中的各子模塊SM的平均功率，PD為第四橋臂D中的各子模塊SM的平均功率，PF為第六橋臂F中的各子模塊SM的平均功率，PBDF為第二橋臂B、第四橋臂D、第六橋臂F中的各子模塊SM的平均功率；V1，I1，φ1和V2，I2，φ2分別為一次側(cè)和二次側(cè)的電壓有效值、電流有效值、功率因數(shù)角。本發(fā)明實(shí)施例一模塊化多電平背靠背換流器的所有子模塊SM的平均功率如下：PACE+PBDF＝V1I1cosφ1+V2I2cosφ2為了保證每個(gè)子模塊的平均電壓恒定，需要控制保持上式等于零。本發(fā)明實(shí)施例二的模塊化多電平背靠背換流器的控制方法，具體包括如下步驟：S1：采用PQ解耦的有功/無(wú)功功率控制得到所述模塊化多電平背靠背換流器一次側(cè)的各電流流入端R、S、T的電流參考值i*r、i*s、i*t和二次側(cè)的各電流流出端U、V、W的電流參考值i*u、i*v、i*w；通過調(diào)節(jié)一次側(cè)的有功電流控制所述模塊化多電平背靠背換流器中子模塊SM的平均電壓平衡，根據(jù)二次側(cè)的有功電流參考值，計(jì)算一次側(cè)的有功電流參考值，一次側(cè)的有功電流參考值按以下公式計(jì)算：Ip1*=(KP1+KI1s)(v‾C-vC*)-V2V1Ip2*]]>其中，是各子模塊SM的平均電壓，v*c是各子模塊SM的電壓參考值，I*p1和I*p2分別是一次側(cè)和二次側(cè)的有功電流參考值，Kp1、KI1是控制參數(shù)，s為拉普拉斯算子；S2：通過步驟S1中得到的一次側(cè)的各電流流入端的電流參考值(i*r、i*s、i*t)、二次側(cè)的各電流流出端的電流參考值(i*u、i*v、i*w)以及一次側(cè)和二次側(cè)的有功電流參考值(I*p1、I*p2)，分解計(jì)算得到所述模塊化多電平背靠背換流器中任意兩個(gè)電流流入端之間或任意兩個(gè)電流流出端的線電流參考值；S3：在保持各子模塊SM的平均電壓平衡的基礎(chǔ)上，計(jì)算環(huán)流參考值，要求環(huán)流參考值i*l為：il*=[-KL(v‾C-v‾C-RS)sinω1t-KL(v‾C-v‾C-ST)sin(ω1t-23π)-KL(v‾C-v‾C-TR)sin(ω1t+23π)]+[-KL(v‾C-v‾C-UV)sinω2t-KL(v‾C-v‾C-VW)sin(ω2t-23π)-KL(v‾C-v‾C-WU)sin(ω2t+23π)]+KDI(vC-BDF-vC-ACE)]]>其中，為第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R和第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S之間各子模塊SM的平均電壓，為第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S和第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T之間各子模塊SM的平均電壓，為第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T與第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R之間各子模塊SM的平均電壓；為第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U和第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V之間各子模塊SM的平均電壓，為第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V與第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W之間各子模塊SM的平均電壓，為第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W與第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U之間各子模塊SM的平均電壓；ω1和ω2分別為一次側(cè)和二次側(cè)的角頻率，KL和KDI分別為控制參數(shù)，t為時(shí)間。S4：計(jì)算各橋臂中每個(gè)子模塊SM的電流參考值，每個(gè)子模塊SM的電流參考值為流經(jīng)該子模塊SM的所有電流參考值之和，具體各橋臂中每個(gè)子模塊SM的電流參考值如下：第一橋臂A中每個(gè)子模塊SM的電流參考值為：i*a＝i*vw+i*rs+i*l其中，i*a為流經(jīng)第一橋臂A中的各子模塊SM的電流參考值，i*vw為第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W和第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V之間的線電流參考值，i*rs為第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R和第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S之間的線電流參考值；第二橋臂B中每個(gè)子模塊SM的電流參考值為：i*b＝i*rs+i*wu+i*l其中，i*b為流經(jīng)第二橋臂B中的各子模塊SM的電流參考值，i*wu為第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W和第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U之間的線電流參考值，i*rs為第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R和第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S之間的線電流參考值；第三橋臂C中每個(gè)子模塊SM的電流參考值為：i*c＝i*wu+i*st+i*l其中，i*c為流經(jīng)第三橋臂C中的各子模塊SM的電流參考值，i*st為第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S之間和第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T的線電流參考值，i*wu為第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W和第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U之間的線電流參考值；第四橋臂D中每個(gè)子模塊SM的電流參考值為：i*d＝i*st+i*uv+i*l其中，i*d為流經(jīng)第四橋臂D中的各子模塊SM的電流參考值，i*st為第二橋臂B與第三橋臂C的連接端S之間和第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T的線電流參考值，i*uv為第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U之間和第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V的線電流參考值；第五橋臂E中每個(gè)子模塊SM的電流參考值為：i*e＝i*uv+i*tr+i*l其中，i*e為流經(jīng)第五橋臂E中的各子模塊SM的電流參考值，i*uv為第三橋臂C與第四橋臂D的連接端U之間和第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V的線電流參考值，i*tr為第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T和第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R之間的線電流參考值；第六橋臂F中每個(gè)子模塊SM的電流參考值為：i*f＝i*tr+i*vw+i*l其中，i*f為流經(jīng)第六橋臂F中的各子模塊SM的電流參考值，i*tr為第四橋臂D與第五橋臂E的連接端T和第六橋臂F與第一橋臂A的連接端R之間的線電流參考值，i*vw為第一橋臂A與第二橋臂B的連接端W和第五橋臂E與第六橋臂F的連接端V之間的線電流參考值。S5：得到每個(gè)子模塊的電流參考值后，采用內(nèi)?？刂圃淼玫矫總€(gè)子模塊的電壓參考值為：vx*=KPc(ii*-ix)+(KSc1ω12ss2+2ζω1s+ω12+KSc2ω22ss2+2ζω2s+ω22)(ii*-ix)]]>其中，x為所述橋臂A～F的傳遞函數(shù)，ix為流經(jīng)該子模塊SM的實(shí)測(cè)電流值，s為拉普拉斯算子，ζ、KPc、KSc1、KSc2分別為控制參數(shù)。S6：根據(jù)排序算法平衡各橋臂中的每個(gè)子模塊SM的電壓。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3