CN104009661B

CN104009661B - 六开关组或九开关组mmc变换器直流电容电压控制方法

Info

Publication number: CN104009661B
Application number: CN201410139319.2A
Authority: CN
Inventors: 张波; 付坚; 丘东元
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CN104009661A

Abstract

本发明提供六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法，包括电压平均控制和电压均衡控制；所述电压平均控制，包括电压环和电流环；所述电压均衡控制，包括对每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的功率开关单元的直流电容的电压均衡控制。采样上开关组、中开关组和下开关组的每个功率开关单元的直流电容的电压，通过电压反馈和PI调节，稳定该功率开关单元的直流电容的电压。控制方法均衡和稳定了变换器中直流电容的电压，确保它们具有两路2N+1电平交流输出，输出电流波形质量很高，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，很好的解决了开关管的均压问题。

Description

六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法

技术领域

本发明涉及模块组合多电平(MMC)变换器直流电容电压的控制领域，具体涉及一种六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法。

背景技术

双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器均具有两路2N+1电平交流输出，输出电流波形质量很高，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。与现有的单相六开关变换器和三相九开关变换器相比较，双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器的两路输出均为2N+1电平交流输出，输出交流波形的质量有了极大的提高。此外，每个开关管的承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，且本发明所提供的控制方法使变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题，这将非常有利于双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器在高压和大功率场合的应用。与现有的MMC变换器相比较，双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器均具有两路交流输出，可直接用于两条不同频率的交流线路的相连，极大的降低了工程成本。

双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器中直流电容的电压必须均衡，这是保证双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器正常工作的基本前提。然而，目前已有的MMC变换器的直流电容的控制方法并不适用于双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法，具体技术方案如下。

一种六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法：包括电压平均控制和电压均衡控制；所述电压平均控制，包括电压环和电流环；所述电压均衡控制，包括对每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的功率开关单元的直流电容的电压均衡控制。

所述电压平均控制的电压环，采样每个桥臂的所有电容电压的平均值，通过电压反馈和PI调节，产生该桥臂环流的参考电流；电压平均控制的电流环，采样流过上开关组的电流和流过下开关组的电流，得到流过该桥臂的环流，该桥臂环流的参考电流减去流过该桥臂的环流，然后通过PI调节，产生该桥臂的电压平均控制的电压误差。

所述每个桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的直流电容的电压均衡控制中，参考电压减去该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的直流电容的电压，然后通过PI调节，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的误差放大信号，其中j的取值为1～N；流过该桥臂的上开关组的电流通过符号函数，当流过该桥臂的上开关组的电流大于0时，符号函数输出为1；当流过该桥臂的上开关组的电流小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的误差放大信号乘以符号函数，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的带符号的误差放大信号；该桥臂的电压平均控制的电压误差减去该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的带符号的误差放大信号，然后除以值为v_HCj的电压，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号；第一路输出的实际参考电压除以值为U_dc/2的电压，得到第一路输出的归一化参考电压；第一路输出的归一化参考电压加上R_doa，并加上该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号；该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号与第j个载波通过比较器，产生该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平，当该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号大于第j个载波时，该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平为高电平；当该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号小于第j个载波时，该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平为低电平。

所述每个桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的直流电容的电压均衡控制中，参考电压减去该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的直流电容的电压，然后通过PI调节，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的误差放大信号；流过该桥臂的中开关组的电流通过符号函数，当流过该桥臂的中开关组的电流大于0时，符号函数输出为1；当流过该桥臂的中开关组的电流小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的误差放大信号乘以符号函数，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的带符号的误差放大信号；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的带符号的误差放大信号减去该桥臂的电压平均控制的电压误差，然后除以值为v_MCj的电压，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号；第一路输出的实际参考电压除以值为U_dc/2的电压，得到第一路输出的归一化参考电压；第一路输出的归一化参考电压加上R_doa，并加上该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第一归一化参考信号；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第一归一化参考信号与第j个载波通过比较器，当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第一归一化参考信号大于第j个载波时，该比较器输出高电平；当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第一归一化参考信号小于第j个载波时，该比较器输出低电平；第二路输出的实际参考电压除以值为U_dc/2的电压，得到第二路输出的归一化参考电压；第二路输出的归一化参考电压减去R_dob，并减去该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二归一化参考信号；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二归一化参考信号与第j个载波通过比较器，当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二归一化参考信号小于第j个载波时，该比较器输出高电平；当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二归一化参考信号大于第j个载波时，该比较器输出低电平；所述两个比较器的输出通过异或门，产生该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平。

所述每个桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的直流电容的电压均衡控制中，参考电压减去该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的直流电容的电压，然后通过PI调节，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的误差放大信号；流过该桥臂的下开关组的电流通过符号函数，当流过该桥臂的下开关组的电流大于0时，符号函数输出为1；当流过该桥臂的下开关组的电流小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的误差放大信号乘以符号函数，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的带符号的误差放大信号；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的直流电容电压的带符号的误差放大信号减去该桥臂的电压平均控制的电压误差，然后除以值为v_LCj的电压，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号；第二路输出的实际参考电压除以值为U_dc/2的电压，得到第二路输出的归一化参考电压；第二路输出的归一化参考电压减去R_dob，并加上该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的归一化误差放大信号，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号与第j个载波通过比较器，产生该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平，当该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号小于第j个载波时，该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平为高电平；当该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的归一化参考信号大于第j个载波时，该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管的控制电平为低电平。

本发明具有的优势为：均衡和稳定了双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器中直流电容的电压，保证双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器正常工作。确保双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器均具有两路2N+1电平交流输出，输出电流波形质量很高，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。

附图说明

图1是双输出单相六开关组MMC变换器的电路结构图；

图2是双输出三相九开关组MMC变换器的电路结构图；

图3是图1和图2所示的双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组MMC变换器的功率开关单元的电路结构图；

图4a、4b、4c、4d分别是是图3所示的功率开关单元的四种工作模态；

图5是每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的第j个功率开关单元的第2个开关管的控制电平图；

图6是每个桥臂的直流电容电压平均控制的控制框图；

图7a、7b、7c分别是每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的第j个功率开关单元的直流电容的控制框图；

图8a、8b、8c、8d是本发明的控制方法用于双输出三相九开关组九电平MMC变换器的仿真波形图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施不限于此。

参考图1，双输出单相六开关组MMC变换器，包括直流电源U_dc、第一桥臂、第二桥臂、第一负载和第二负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组H₁、H₂、中开关组M₁、M₂、下开关组L₁、L₂和耦合电感(L_H1:L_L1、L_H2:L_L2)串联而成；第一桥臂的上开关组H₁由N个功率开关单元(SM_H11、SM_H12、…、SM_H1N)串联而成，第一桥臂的中开关组M₁由N个功率开关单元(SM_M11、SM_M12、…、SM_M1N)串联而成，第一桥臂的下开关组L₁由N个功率开关单元(SM_L11、SM_L12、…、SM_L1N)串联而成，第二桥臂的上开关组H₂由N个功率开关单元(SM_H21、SM_H22、…、SM_H2N)串联而成，第二桥臂的中开关组M₂由N个功率开关单元(SM_M21、SM_M22、…、SM_M2N)串联而成，第二桥臂的下开关组L₂由N个功率开关单元(SM_L21、SM_L22、…、SM_L2N)串联而成，N为正整数；第一负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组M₁和第二桥臂的中开关组M₂的上端o，第二负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组M₁和第二桥臂的中开关组M₂的下端p；第一负载的两端作为第一路输出，第二负载的两端作为第二路输出。

参考图2，双输出三相九开关组MMC变换器，包括直流电源U_dc、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一三相负载和第二三相负载；所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均由上开关组(H_u、H_v、H_w)、中开关组(M_u、M_v、M_w)、下开关组(L_u、L_v、L_w)和耦合电感(L_Hu:L_Lu、L_Hv:L_Lv、L_Hw:L_Lw)串联而成；第一桥臂的上开关组H_u由N个功率开关单元(SM_Hu1、SM_Hu2、…、SM_HuN)串联而成，第一桥臂的中开关组M_u由N个功率开关单元(SM_Mu1、SM_Mu2、…、SM_MuN)串联而成，第一桥臂的下开关组L_u由N个功率开关单元(SM_Lu1、SM_Lu2、…、SM_LuN)串联，第二桥臂的上开关组H_v由N个功率开关单元(SM_Hv1、SM_Hv2、…、SM_HvN)串联而成，第二桥臂的中开关组M_v由N个功率开关单元(SM_Mv1、SM_Mv2、…、SM_MvN)串联而成，第二桥臂的下开关组L_v由N个功率开关单元(SM_Lv1、SM_Lv2、…、SM_LvN)串联而成，第三桥臂的上开关组H_w由N个功率开关单元(SM_Hw1、SM_Hw2、…、SM_HwN)串联而成，第三桥臂的中开关组M_w由N个功率开关单元(SM_Mw1、SM_Mw2、…、SM_MwN)串联而成，第三桥臂的下开关组L_w由N个功率开关单元(SM_Lw1、SM_Lw2、…、SM_LwN)串联而成；第一三相负载的三端分别与第一桥臂的中开关组M_u的上端o、第二桥臂的中开关组M_v的上端o和第三桥臂的中开关组M_w的上端o连接，第二三相负载的三端分别与第一桥臂的中开关组M_u的下端p、第二桥臂的中开关组M_v的下端p和第三桥臂的中开关组M_w的下端p连接。

图3示出图1和图2所示的双输出单相六开关组MMC变换器和双输出三相九开关组的功率开关单元的电路结构图。功率开关单元由第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂和电容C_SM。其中，电容C_SM的正极与第一开关管S₁的集电极、第一二极管D₁的阴极连接，第一开关管S₁的发射极与第一二极管D₁的阳极、第二开关管S₂的集电极、第二二极管D₂的阴极连接，第二开关管S₂的发射极与第二二极管D₂的阳极、电容C_SM的负极连接；第二开关管S₂的集电极作为第一输出端，第二开关管S₂的发射极作为第二输出端。

图3所示的双输出单相三开关组MMC变换器的功率开关单元具有四种工作模态，如图4a、4b、4c和4d所示。

模态1：第一开关管S₁开通，第二开关管S₂关断，电流通过第一二极管D₁流入电容C_SM，电容C_SM充电，电容C_SM电压升高，如图4a所示；

模态2：第一开关管S₁开通，第二开关管S₂关断，电流通过第一开关管S₁流出电容C_SM，电容C_SM放电，电容C_SM电压降低，如图4b所示；

模态3：第一开关管S₁关断，第二开关管S₂开通，电流通过第二开关管S₂，电容C_SM被旁路，电容C_SM电压不变，如图4c所示；

模态4：第一开关管S₁关断，第二开关管S₂开通，电流通过第二二极管D₂，电容C_SM被旁路，电容C_SM电压不变，如图4c所示。

图5示出每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的第j个功率开关单元的第2个开关管S₂的控制电平图。第一路输出的调制波R_a+R_doa叠加一个正值，增加了上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管S₂的开通时间；第二路输出的调制波R_b+R_dob叠加一个负值，增加了下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管S₂的开通时间；第一路输出的调制波R_a+R_doa叠加一个正值，第二路输出的调制波R_b+R_dob叠加一个负值，增加了中开关组的第j个功率开关单元的第二开关管S₂的开通时间。

当直流电容电压低于参考电压时，增大直流电容充电时间或减小直流电容放电时间，即当流过该直流电容所在开关组的电流大于0时增大第一开关管S₁的开通时间与减小第二开关管S₂的开通时间，当流过该直流电容所在开关组的电流小于0时减小第一开关管S₁的开通时间与增大第二开关管S₂的开通时间；当直流电容电压高于参考电压时，减小直流电容充电时间或增大直流电容放电时间，即当流过该直流电容所在开关组的电流大于0时减小第一开关管S₁的开通时间与增大第二开关管S₂的开通时间，当流过该直流电容所在开关组的电流小于0时增大第一开关管S₁的开通时间与减小第二开关管S₂的开通时间。

六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压的控制方法，包括电压平均控制和电压均衡控制；所述电压平均控制，包括电压环和电流环；所述电压均衡控制，包括对每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的功率开关单元的直流电容的电压均衡控制。

如图6所示，电压平均控制的电压环，采样每个桥臂的所有电容电压的平均值v_Cav，通过电压反馈和PI调节，产生该桥臂环流的参考电流i_Zref；电压平均控制的电流环，采样流过上开关组的电流i_H和流过下开关组的电流i_L，得到流过该桥臂的环流i_Z，该桥臂环流的参考电流i_Zref减去流过该桥臂的环流i_Z，然后通过PI调节，产生该桥臂的电压平均控制的电压误差△v_Cav。

如图7a所示，每个桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的直流电容的电压均衡控制中，参考电压V_Cref减去该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的直流电容的电压v_HCj，然后通过PI调节，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的直流电容电压的误差放大信号△v_HCj，其中j的取值为1～N；流过该桥臂的上开关组的电流i_H通过符号函数sign，当流过该桥臂的上开关组的电流i_H大于0时，符号函数sign输出为1；当流过该桥臂的上开关组的电流i_H小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的直流电容电压的误差放大信号△v_HCj乘以符号函数sign，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的直流电容电压的带符号的误差放大信号△v’_HCj；该桥臂的电压平均控制的电压误差△v_Cav减去该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的直流电容电压的带符号的误差放大信号△v’_HCj，然后除以值为v_HCj的电压，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的归一化误差放大信号△v^* _HCj；第一路输出的实际参考电压R_a除以值为U_dc/2的电压，得到第一路输出的归一化参考电压R^* _a；第一路输出的归一化参考电压R^* _a加上R_doa，并加上该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的归一化误差放大信号△v^* _HCj，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的归一化参考信号v^* _HCj；该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的归一化参考信号v^* _HCj与第j个载波C_j通过比较器，产生该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的第二开关管S₂的控制电平S_Hj，当该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的归一化参考信号v^* _HCj大于第j个载波C_j时，该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的第二开关管S₂的控制电平S_Hj为高电平；当该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的归一化参考信号v^* _HCj小于第j个载波C_j时，该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元SM_Hj的第二开关管S₂的控制电平S_Hj为低电平。

如图7b所示，每个桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的直流电容的电压均衡控制中，参考电压V_Cref减去该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的直流电容的电压v_MCj，然后通过PI调节，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的直流电容电压的误差放大信号△v_MCj；流过该桥臂的中开关组的电流i_M通过符号函数sign，当流过该桥臂的中开关组的电流i_M大于0时，符号函数sign输出为1；当流过该桥臂的中开关组的电流i_M小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的直流电容电压的误差放大信号△v_MCj乘以符号函数sign，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的直流电容电压的带符号的误差放大信号△v’_MCj；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的直流电容电压的带符号的误差放大信号△v’_MCj减去该桥臂的电压平均控制的电压误差△v_Cav，然后除以值为v_MCj的电压，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的归一化误差放大信号△v^* _MCj；第一路输出的实际参考电压R_a除以值为U_dc/2的电压，得到第一路输出的归一化参考电压R^* _a；第一路输出的归一化参考电压R^* _a加上R_doa，并加上该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的归一化误差放大信号△v^* _MCj，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第一归一化参考信号v^* _MCjH；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第一归一化参考信号v^* _MCjH与第j个载波C_j通过比较器，当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第一归一化参考信号v^* _MCjH大于第j个载波C_j时，该比较器输出高电平；当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第一归一化参考信号v^* _MCjH小于第j个载波C_j时，该比较器输出低电平；第二路输出的实际参考电压R_b除以值为U_dc/2的电压，得到第二路输出的归一化参考电压R^* _b；第二路输出的归一化参考电压R^* _b减去R_dob，并减去该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的归一化误差放大信号△v^* _MCj，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第二归一化参考信号v^* _MCjL；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第二归一化参考信号v^* _MCjL与第j个载波C_j通过比较器，当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第二归一化参考信号v^* _MCjL小于第j个载波C_j时，该比较器输出高电平；当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第二归一化参考信号v^* _MCjL大于第j个载波C_j时，该比较器输出低电平；所述两个比较器的输出通过异或门，产生该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元SM_Mj的第二开关管S₂的控制电平S_Mj。

如图7c所示，每个桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的直流电容的电压均衡控制中，参考电压V_Cref减去该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的直流电容的电压v_LCj，然后通过PI调节，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的直流电容电压的误差放大信号△v_LCj；流过该桥臂的下开关组的电流i_L通过符号函数sign，当流过该桥臂的下开关组的电流i_L大于0时，符号函数sign输出为1；当流过该桥臂的下开关组的电流i_L小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的直流电容电压的误差放大信号△v_LCj乘以符号函数sign，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的直流电容电压的带符号的误差放大信号△v’_LCj；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的直流电容电压的带符号的误差放大信号△v’_LCj减去该桥臂的电压平均控制的电压误差△v_Cav，然后除以值为v_LCj的电压，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的归一化误差放大信号△v^* _LCj；第二路输出的实际参考电压R_b除以值为U_dc/2的电压，得到第二路输出的归一化参考电压R^* _b；第二路输出的归一化参考电压R^* _b减去R_dob，并加上该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的归一化误差放大信号△v^* _LCj，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的归一化参考信号v^* _LCj；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的归一化参考信号v^* _LCj与第j个载波C_j通过比较器，产生该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的第二开关管S₂的控制电平S_Lj，当该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的归一化参考信号v^* _LCj小于第j个载波C_j时，该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的第二开关管S₂的控制电平S_Lj为高电平；当该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的归一化参考信号v^* _LCj大于第j个载波C_j时，该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元SM_Lj的第二开关管S₂的控制电平S_Lj为低电平。

以双输出三相九开关组MMC变换器(N＝8)为例，图8a、8b、8c、8d示出其使用本发明的控制方法的仿真波形图。

图8a示出第一路输出的三个线电压(u_uva、u_vwa、u_wua)、第一路输出的线电流(i_ua、i_va、i_wa)、第二路输出的三个线电压(u_uvb、u_vwb、u_wub)、第二路输出的线电流(i_ub、i_vb、i_wb)；图8b示出第一桥臂的上开关组的八个直流电容电压(u_chu1、u_chu2、…、u_chu8)、第一桥臂的中开关组的八个直流电容电压(u_cmu1、u_cmu2、…、u_cmu8)、第一桥臂的下开关组的八个直流电容电压(u_clu1、u_clu2、…、u_clu8)；图8c示出第二桥臂的上开关组的八个直流电容电压(u_chv1、u_chv2、…、u_chv8)、第二桥臂的中开关组的八个直流电容电压(u_cmv1、u_cmv2、…、u_cmv8)、第二桥臂的下开关组的八个直流电容电压(u_clv1、u_clv2、…、u_clv8)；图8d示出第三桥臂的上开关组的八个直流电容电压(u_chw1、u_chw2、…、u_chw8)、第三桥臂的中开关组的八个直流电容电压(u_cmw1、u_cmw2、…、u_cmw8)、第三桥臂的下开关组的八个直流电容电压(u_clw1、u_clw2、…、u_clw8)。从图中可见每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的每个直流电容的电压均得到了很好的稳定，验证了本发明的控制方法的有效性。

上述例子为九开关组MMC变换器的直流电容电压控制方法实例之一，六开光组MMC变换器的直流电容电压控制方法与之类似。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法，其特征在于：包括电压平均控制和电压均衡控制；所述电压平均控制，包括电压环和电流环；所述电压均衡控制，包括对每个桥臂的上开关组、中开关组和下开关组的功率开关单元的直流电容的电压均衡控制；

变换器的每个桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的直流电容的电压均衡控制中，参考电压（V _Cref）减去该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的直流电容的电压（v _HCj），然后通过PI调节，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的直流电容电压的误差放大信号（△v _HCj），其中j的取值为1~N；流过该桥臂的上开关组的电流（i _H）通过符号函数（sign），当流过该桥臂的上开关组的电流（i _H）大于0时，符号函数（sign）输出为1；当流过该桥臂的上开关组的电流（i _H）小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的直流电容电压的误差放大信号（△v _HCj）乘以符号函数（sign），得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的直流电容电压的带符号的误差放大信号（△v’ _HCj）；该桥臂的电压平均控制的电压误差（△v _Cav）减去该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的直流电容电压的带符号的误差放大信号（△v’ _HCj），然后除以值为v _HCj的电压，得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的归一化误差放大信号（△v ^* _HCj）；第一路输出的实际参考电压（R _a）除以值为U _dc /2的电压，得到第一路输出的归一化参考电压（R ^* _a）；第一路输出的归一化参考电压（R ^* _a）加上R _doa，并加上该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的归一化误差放大信号（△v ^* _HCj），得到该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的归一化参考信号（v ^* _HCj）；该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的归一化参考信号（v ^* _HCj）与第j个载波（C _j）通过第一比较器，产生该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S _Hj），当该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的归一化参考信号（v ^* _HCj）大于第j个载波（C _j）时，该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S _Hj）为高电平；当该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的归一化参考信号（v ^* _HCj）小于第j个载波（C _j）时，该桥臂的上开关组的第j个功率开关单元（SM_Hj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S _Hj）为低电平。

2.根据权利要求1所述的六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法，其特征在于：电压平均控制的电压环，采样变换器每个桥臂的所有电容电压的平均值（v _Cav），通过电压反馈和PI调节，产生该桥臂环流的参考电流（i _Zref）；电压平均控制的电流环，采样流过上开关组的电流（i _H）和流过下开关组的电流（i _L），得到流过该桥臂的环流（i _Z），该桥臂环流的参考电流（i _Zref）减去流过该桥臂的环流（i _Z），然后通过PI调节，产生该桥臂的电压平均控制的电压误差（△v _Cav）。

3.根据权利要求1所述的六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法，其特征在于：每个桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的直流电容的电压均衡控制中，参考电压（V _Cref）减去该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的直流电容的电压（v _MCj），然后通过PI调节，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的直流电容电压的误差放大信号（△v _MCj）；流过该桥臂的中开关组的电流（i _M）通过符号函数（sign），当流过该桥臂的中开关组的电流（i _M）大于0时，符号函数（sign）输出为1；当流过该桥臂的中开关组的电流（i _M）小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的直流电容电压的误差放大信号（△v _MCj）乘以符号函数（sign），得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的直流电容电压的带符号的误差放大信号（△v’ _MCj）；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的直流电容电压的带符号的误差放大信号（△v ’ _MCj）减去该桥臂的电压平均控制的电压误差（△v _Cav），然后除以值为v _MCj的电压，得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的归一化误差放大信号（△v ^* _MCj）；第一路输出的实际参考电压（R _a）除以值为U _dc /2的电压，得到第一路输出的归一化参考电压（R ^* _a）；第一路输出的归一化参考电压（R ^* _a）加上R _doa，并加上该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的归一化误差放大信号（△v ^* _MCj），得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第一归一化参考信号（v ^* _MCjH）；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第一归一化参考信号（v ^* _MCjH）与第j个载波（C _j）通过第二比较器，当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第一归一化参考信号（v ^* _MCjH）大于第j个载波（C _j）时，该第二比较器输出高电平；当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第一归一化参考信号（v ^* _MCjH）小于第j个载波（C _j）时，该第二比较器输出低电平；第二路输出的实际参考电压（R _b）除以值为U _dc /2的电压，得到第二路输出的归一化参考电压（R ^* _b）；第二路输出的归一化参考电压（R ^* _b）减去R _dob，并减去该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的归一化误差放大信号（△v ^* _MCj），得到该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第二归一化参考信号（v ^* _MCjL）；该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第二归一化参考信号（v ^* _MCjL）与第j个载波（C _j）通过第三比较器，当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第二归一化参考信号（v ^* _MCjL）小于第j个载波（C _j）时，该第三比较器输出高电平；当该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第二归一化参考信号（v ^* _MCjL）大于第j个载波（C _j）时，该第三比较器输出低电平；所述第二比较器和第三比较器的输出通过异或门，产生该桥臂的中开关组的第j个功率开关单元（SM_Mj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S_Mj）。

4.根据权利要求1所述的六开关组或九开关组MMC变换器直流电容电压控制方法，其特征在于：每个桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的直流电容的电压均衡控制中，参考电压（V _Cref）减去该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的直流电容的电压（v _LCj），然后通过PI调节，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的直流电容电压的误差放大信号（△v _LCj）；流过该桥臂的下开关组的电流（i _L）通过符号函数（sign），当流过该桥臂的下开关组的电流（i _L）大于0时，符号函数（sign）输出为1；当流过该桥臂的下开关组的电流（i _L）小于0时，符号函数输出为-1；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的直流电容电压的误差放大信号（△v _LCj）乘以符号函数（sign），得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的直流电容电压的带符号的误差放大信号（△v’ _LCj）；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的直流电容电压的带符号的误差放大信号（△v ’ _LCj）减去该桥臂的电压平均控制的电压误差（△v _Cav），然后除以值为v _LCj的电压，得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的归一化误差放大信号（△v ^* _LCj）；第二路输出的实际参考电压（R _b）除以值为U _dc /2的电压，得到第二路输出的归一化参考电压（R ^* _b）；第二路输出的归一化参考电压（R ^* _b）减去R _dob，并加上该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的归一化误差放大信号（△v ^* _LCj），得到该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的归一化参考信号（v ^* _LCj）；该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的归一化参考信号（v ^* _LCj）与第j个载波（C _j）通过第四比较器，产生该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S _Lj），当该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的归一化参考信号（v ^* _LCj）小于第j个载波（C _j）时，该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S _Lj）为高电平；当该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的归一化参考信号（v ^* _LCj）大于第j个载波（C _j）时，该桥臂的下开关组的第j个功率开关单元（SM_Lj）的第二开关管（S ₂）的控制电平（S _Lj）为低电平。