CN109149985B - 模块化级联多电平变换器及其系统控制器和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模块化级联多电平变换器及其系统控制器和控制方法，当三个相电路的全部单元中存在故障单元且故障单元被旁路时，通过向三个相电路中的各个正常运行单元注入合适的零序电流值，将三个相电路中各个正常运行单元的有功功率调节至相同，进而避免了发生单元故障后长期运行将导致不同相单元寿命差异的问题。

Description

模块化级联多电平变换器及其系统控制器和控制方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种模块化级联多电平变换器。
背景技术
模块化级联多电平变换器已经广泛应用于新能源发电、无功补偿、电机调速、柔性直流输电等领域。图1所示为一种模块化级联多电平变换器，它由多个隔离型DC/DC变换器和级联模块构成；所有隔离型DC/DC变换器的一侧并联，构成一个公共直流母线；每个隔离型DC/DC变换器的另一侧分别连接各自对应的一个级联模块的直流侧；多个级联模块的交流侧级联，构成一相的电网连接端；三相的电网连接端以三角形连接并网。
现有技术中，模块化级联多电平变换器中的所有单元(包括相互连接的隔离型DC/DC变换器和级联模块)正常条件下都参与系统运行，而当某一个单元发生故障之后，系统将旁路掉故障单元，然后继续正常工作。
显然，上述方案在系统发生单元故障之后，其三相之间的运行单元数目是不相等的，相应的系统控制策略也需要变换；然而此时三相功率相同，就将造成不同相的单元所需承担的功率不同，导致散热需求不一致，尤其是隔离型DC/DC变换器工作频率较高，随着时间的积累，势必会造成不同相之间单元的寿命状态不一致，不利于系统整体维护。
发明内容
本发明提供一种模块化级联多电平变换器，以解决现有技术中发生单元故障后长期运行将导致不同相单元寿命差异的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种模块化级联多电平变换器的控制方法，所述模块化级联多电平变换器包括：三个以三角形接法并网的相电路；
所述相电路包括：滤波模块和多个单元；所述相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过所述滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；三个相电路中全部单元的直流侧并联；所述模块化级联多电平变换器的控制方法包括：
在三个相电路的全部单元中存在故障单元且故障单元被旁路的情况下，根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，作为零序电流参考值，以使三个相电路中各个正常运行单元的有功功率相同；
根据所述零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
优选的，根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，作为零序电流参考值，包括：
根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，通过公式
Figure BDA0001816804850000021
计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值的有效值I0和初始相位角θ；
根据电网信息、零序电流值的有效值I0和初始相位角θ，通过公式
Figure BDA0001816804850000022
计算得到零序电流值i0，并将零序电流值i0作为零序电流参考值i0 *；
其中，ω为所述电网信息中的电网基波角频率，PT为所述系统三相功率，NA为A相相电路中正常运行单元的数量，NB为B相相电路中正常运行单元的数量，NC为C相相电路中正常运行单元的数量，Ug为所述电网信息中的电网电压有效值。
优选的，根据所述零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元，包括：
根据三个相电路的电流检测值进行均值计算，得到零序电流反馈值；
对所述零序电流参考值减去所述零序电流反馈值的差值进行调节，得到零序电流调制电压；
根据所述零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
优选的，根据所述零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元，包括：
将所述零序电流调制电压分别与三个相电路的正序电流调制电压求和，得到三个相电路各自的总调制电压；
将三个相电路各自的总调制电压分别除以各自正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压；
将三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并分别下发至对应相电路的各个正常运行单元。
优选的，所述单元包括：隔离型DC/DC变换器和级联模块；所述隔离型DC/DC变换器的第一侧为所述单元的直流侧；所述隔离型DC/DC变换器的第二侧与所述级联模块的直流侧相连；所述级联模块的交流侧为所述单元的交流侧；
所述模块化级联多电平变换器的控制方法，在根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值之前，还包括：
若所述隔离型DC/DC变换器的状态信息为出现故障，则通知相应级联模块旁路输出；若所述级联模块的状态信息为出现故障，则通知相应隔离型DC/DC变换器关闭输出。
一种模块化级联多电平变换器的系统控制器，所述系统控制器用于执行上述任一所述的模块化级联多电平变换器的控制方法。
一种模块化级联多电平变换器，包括：三个以三角形接法并网的相电路和如上述所述的系统控制器；所述相电路包括：滤波模块和多个单元；其中：
所述相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过所述滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；
三个相电路中全部单元的直流侧并联；
所述系统控制器与三个相电路中的各个单元相连。
优选的，所述单元包括隔离型DC/DC变换器和级联模块时，所述隔离型DC/DC变换器为：功率单向变换器或者功率双向变换器；所述级联模块为：H桥拓扑、NPC全桥拓扑及飞跨电容全桥拓扑中的任意一种。
优选的，所述隔离型DC/DC变换器包括：一个DC/AC模块、N个AC/DC模块、铁芯、缠绕在铁芯上的一个原边绕组和N个副边绕组，N为正整数；所述级联模块包括N个级联子模块；
所述原边绕组与所述DC/AC模块的交流侧相连；
所述DC/AC模块的直流侧为所述隔离型DC/DC变换器的第一侧；
N个副边绕组分别与N个AC/DC模块的交流侧一一对应相连；
N个AC/DC模块的直流侧分别与N个级联子模块的直流侧一一对应相连；
N个级联子模块的交流侧级联，级联的两端分别作为所述级联模块的交流侧两端。
优选的，所述隔离型DC/DC变换器用于：在检测到自身出现故障时，关闭自身输出，并通知自身所连接的级联模块；或者，在检测到自身所连接的级联模块出现故障时，关闭自身输出；
所述级联模块用于：在检测到自身出现故障时，旁路自身输出，并通知自身所连接的隔离型DC/DC变换器；或者，在检测到自身所连接的隔离型DC/DC变换器出现故障时，旁路自身输出。
本发明提供的模块化级联多电平变换器的控制方法，当三个相电路的全部单元中存在故障单元且故障单元被旁路的情况下，其系统控制器将会根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，作为零序电流参考值，以使三个相电路中各个正常运行单元的有功功率相同；再根据该零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元；即可将三个相电路中正常运行单元的功率调节至相同，进而避免了现有技术中发生单元故障后长期运行将导致不同相单元寿命差异的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例和现有技术提供的模块化级联多电平变换器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的模块化级联多电平变换器的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的模块化级联多电平变换器的系统控制器的控制框图；
图4是本发明实施例提供的单元的结构示意图；
图5a至图5d是本发明实施例提供的隔离型DC/DC变换器中的主电路的四种电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种模块化级联多电平变换器，以解决现有技术中发生单元故障后长期运行将导致不同相单元寿命差异的问题。
具体的，请参见图1，该模块化级联多电平变换器，包括：至少一个系统控制器(图中未示出)和三个以三角形接法并网的相电路；
各个相电路包括：滤波模块(图1中电感为例进行展示)和多个单元(每个单元包括图1中所示的一个DC/DC和一个级联模块)；其中：
相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；
三个相电路中全部单元的直流侧并联。
关于图1所示的模块化级联多电平变换器，对其电压电流及功率的数学原理分析如下：
首先，其三相并网线电压的计算公式为：
Figure BDA0001816804850000061
其中，usab为A相并网线电压，usbc为B相并网线电压，usca为C相并网线电压，Ug为电网信息中的电网电压有效值，ω为电网信息中的电网基波角频率。
申请人经过研究发现，由于如图1所示系统采用角形方式连接电网，无流入电网的零序通道，若注入零序电流并不会导致三相并网功率不平衡，因此可以采用注入零序电流的方式在三相之间进行功率迁移；此时，该模块化级联多电平变换器三个相电路的电流的计算公式为：
Figure BDA0001816804850000062
其中，iA为A相相电路的电流，iB为B相相电路的电流，iC为C相相电路的电流，ipA为A相相电路的正序电流，ipB为B相相电路的正序电流，ipC为C相相电路的正序电流，i0为三个相电路中注入的零序电流。
而该模块化级联多电平变换器三个相电路的正序电流和零序电流的计算公式分别为：
Figure BDA0001816804850000071
Figure BDA0001816804850000072
其中，IP为模块化级联多电平变换器电流有效值，
Figure BDA0001816804850000075
为正序电流的初始相位角，I0为零序电流的有效值，θ为零序电流的初始相位角。
再分别对该模块化级联多电平变换器三个相电路的正序功率和零序功率进行计算：
Figure BDA0001816804850000073
Figure BDA0001816804850000074
其中，ppA为A相相电路的正序功率，ppB为B相相电路的正序功率，ppC为C相相电路的正序功率，TS为模块化级联多电平变换器交流输出的变化周期；p0A为A相相电路的零序功率，p0B为B相相电路的零序功率，p0C为C相相电路的零序功率。
由(5)式和(6)式可以得到该模块化级联多电平变换器三个相电路各自的总功率，其计算公式为：
Figure BDA0001816804850000081
其中，pA为A相相电路的总功率，pB为B相相电路的总功率，pC为C相相电路的总功率。
另外，由(5)式可以得到三个相电路的正序功率均为UgIPcos(
Figure BDA0001816804850000085
)，也即ppA、ppB、ppC均等于系统三相功率PT的平均值Pave，因此可以得到：
Figure BDA0001816804850000082
当系统发生故障，比如三个相电路的全部单元中的某个或某几个单元出现故障时，这些出现故障的单元称为故障单元，而剩余能够正常运行的单元则称为正常运行单元；为了使三个相电路中各个正常运行单元所承载的有功功率相同，需要各个正常运行单元的有功功率均为：
Figure BDA0001816804850000083
其中，Pmodule为单个正常运行单元的有功功率，PT为系统三相功率，NA为A相相电路中正常运行单元的数量，NB为B相相电路中正常运行单元的数量，NC为C相相电路中正常运行单元的数量。
此时，三个相电路各自的总功率为：
Figure BDA0001816804850000084
因此，为了使各个正常运行单元的有功功率相同，(7)式中三个相电路的总功率应与(10)式中各个总功率对应相等，再带入(8)式，可以得到：
Figure BDA0001816804850000091
化解(11)式可以得到：
Figure BDA0001816804850000092
再对(12)式进行求解，可以得到零序电流的有效值I0和零序电流的初始相位角θ，再结合电网信息中的电网基波角频率ω，即可求得(4)式的零序电流i0。
基于上述原理分析，本实施例提出的模块化级联多电平变换器的控制方法，如图2所示，包括：
S100、在三个相电路的全部单元中存在故障单元且故障单元被旁路的情况下，根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，并将该计算得到的零序电流值作为零序电流参考值，以使三个相电路中各个正常运行单元的有功功率相同；
具体的，步骤S100包括：
S101、根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，通过公式
Figure BDA0001816804850000093
计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值的有效值I0和初始相位角θ；
S102、根据电网信息、零序电流值的有效值I0和初始相位角θ，通过公式
Figure BDA0001816804850000094
计算得到零序电流值i0，并将该零序电流值i0作为零序电流参考值i0 *；
其中，ω为电网信息中的电网基波角频率，PT为系统三相功率，NA为A相相电路中正常运行单元的数量，NB为B相相电路中正常运行单元的数量，NC为C相相电路中正常运行单元的数量，Ug为电网信息中的电网电压有效值。
为了使各个正常运行单元的有功功率相同，在通过上述分析过程计算得到该零序电流i0后，将其作为零序电流参考值i0 *，即
Figure BDA0001816804850000101
然后即可执行步骤S200；
S200、根据零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元；
具体的，步骤S200包括：
S201、根据三个相电路的电流检测值进行均值计算，得到零序电流反馈值；
S202、对零序电流参考值减去零序电流反馈值的差值进行调节，得到零序电流调制电压；
S203、根据零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
其中，步骤S203又包括：
将所述零序电流调制电压分别与三个相电路的正序电流调制电压求和，得到三个相电路各自的总调制电压；
将三个相电路各自的总调制电压分别除以各自正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压；
将三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并分别下发至对应相电路的各个正常运行单元。
由于下发至各个正常运行单元的调制电压，是在正序电流调制电压的基础之上，增加了零序电流参考值而得到的，因此能够在现有技术的基础之上，添加零序电流的相应作用，即能够使三个相电路中各个正常运行单元的有功功率相同。
与上述步骤相对应的控制框图如图3所示：
首先根据系统三相功率PT、电网信息(包括电网电压有效值Ug)及三个相电路中正常运行单元的数量(NA、NB、NC)，通过公式
Figure BDA0001816804850000111
和
Figure BDA0001816804850000112
计算得到零序电流参考值i0 *；
同时，根据三个相电路的电流检测值进行均值计算，得到零序电流反馈值i0’；其计算公式为：
i0’＝iA’+iB’+iC’/3；
其中，iA’为A相相电路的电流检测值，iB’为B相相电路的电流检测值，iC’为C相相电路的电流检测值。
然后对零序电流参考值i0 *减去零序电流反馈值i0’的差值经过调节器进行调节，得到零序电流调制电压u0 *。
最后再根据零序电流调制电压u0 *、三个相电路的正序电流调制电压(A相相电路的正序电流调制电压upA *、B相相电路的正序电流调制电压upB *、C相相电路的正序电流调制电压upC *)以及三个相电路中正常运行单元的数量(NA、NB、NC)，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压(A相相电路中各个正常运行单元的调制电压uA *、B相相电路中各个正常运行单元的调制电压uB *、C相相电路中各个正常运行单元的调制电压uC *)并下发至对应相电路的各个正常运行单元。具体的，此步骤具体包括：
将零序电流调制电压u0 *分别与三个相电路的正序电流调制电压(upA *、upB *、upC *)求和，得到三个相电路各自的总调制电压(upA *+u0 *、upB *+u0 *、upC *+u0 *)；
将A相相电路的总调制电压upA *+u0 *，除以A相相电路正常运行单元的数量NA，即乘以1/NA，计算得到A相相电路中各个正常运行单元的调制电压uA *；将B相相电路的总调制电压upB *+u0 *，除以B相相电路正常运行单元的数量NB，即乘以1/NB，计算得到B相相电路中各个正常运行单元的调制电压uB *；将C相相电路的总调制电压upC *+u0 *，除以C相相电路正常运行单元的数量NC，即乘以1/NC，计算得到C相相电路中各个正常运行单元的调制电压uC *；
将A相相电路中各个正常运行单元的调制电压uA *下发至A相相电路中的各个正常运行单元，将B相相电路中各个正常运行单元的调制电压uB *下发至B相相电路中的各个正常运行单元，将C相相电路中各个正常运行单元的调制电压uC *下发至C相相电路中的各个正常运行单元。
本实施例提供的该模块化级联多电平变换器的控制方法，通过上述过程实现对于各个正常运行单元的电流控制，进而将三个相电路中正常运行单元的功率调节至相同，避免了现有技术中发生单元故障后长期运行将导致不同相单元寿命差异的问题。
本发明另一实施例还提供了另外一种具体的模块化级联多电平变换器的控制方法，在上述实施例及图1和图2的基础之上，进一步说明了故障单元出现后被旁路的具体过程，比如图1中所示，各个单元均包括：隔离型DC/DC变换器和级联模块；
隔离型DC/DC变换器的第一侧为单元的直流侧；
隔离型DC/DC变换器的第二侧与级联模块的直流侧相连；
级联模块的交流侧为单元的交流侧。
值得说明的是，不论故障单元还是正常运行单元，其内部结构均与上述内容相同，两者在器件构成和选型上并不存在区别；只是随着应用时间的增长，有的单元内部器件出现了故障则该单元成为了故障单元，而没有出现故障的单元即为正常运行单元。
此时，该模块化级联多电平变换器的控制方法在步骤S100之前，还包括：
若某个或某几个隔离型DC/DC变换器的状态信息为出现故障，则通知与故障隔离型DC/DC变换器相连的级联模块旁路输出；若某个或某几个级联模块的状态信息为出现故障，则通知与故障级联模块相连的隔离型DC/DC变换器关闭输出。
由级联多电平特点可知，图1所示的模块化级联多电平变换器中级联模块的开关频率很低，相对应的，隔离型DC/DC变换器开关频率很高。举例来说，级联模块开关频率1kHz，而隔离型DC/DC变换器开关频率50kHz。因此，从开关频率角度看，显然隔离型DC/DC变换器对于功率大小或散热需求的敏感性要远高于级联模块，隔离型DC/DC变换器的效率和寿命就极大地影响了系统的效率和寿命。理想状态下，显然期望系统中所有隔离型DC/DC变换器传递相同的功率，或需要相同的散热需求。
如图1所示模块化级联系统具有公共直流母线，当系统中模块发生故障时，输入或输出功率仍然可以保持不变。因此，如果直接采用现有技术中的方案会造成三相中各个正常运行单元的功率差异和散热需求差异，长期运行将进一步导致相应单元的寿命出现差异。比如，假定一系统一相具有6个单元，当一个单元故障后，就会导致此相其余5个正常运行单元传递的功率增加到原来的120％，而其他两相中的单元均为正常运行单元，各自的功率仍然为100％。此功率差异必然导致隔离型DC/DC变换器散热需求上的极大差异，不利于系统整体性能优化。通过上述示例分析可知，采用现有技术中的控制方案后，从一相所有正常运行单元总输出有功功率的角度看，三相输出的有功功率是相同的；从每一相电网的角度看，三相电网接收的功率也是相同的；从一相内的各个正常运行单元角度看，各个级联模块的功率是相同的，各个隔离型DC/DC变换器的功率也是相同的；但是从三相之间的正常运行单元角度看，故障相的级联模块和隔离型DC/DC变换器功率都要远大于对应非故障相的级联模块和隔离型DC/DC变换器功率。
而利用上述数理分析，采用上述实施例所提出的优化控制策略后，系统内所有正常运行单元都将参与系统工作，从一相内的级联模块、隔离型DC/DC变换器角度看，故障相和非故障相的级联模块的有功功率是相同的，隔离型DC/DC变换器的功率也是相同的；从每一相电网的角度看，三相电网接收的功率也是相同的；从一相所有正常运行单元总输出有功功率的角度看，三相输出的有功功率是相同的。因此，通过上述实施例提供的优化控制策略，可以实现三相并网电流对称，系统中所有隔离型DC/DC变换器功率差异和散热需求差异大幅减小，理想状态下将达到一致状态，系统中所有级联模块有功功率差异和散热需求差异大幅减小，从而使得系统长期运行后，正常运行单元之间寿命差异较小，从而提升系统整体可靠性和免维护性。并且，所提控制策略，只需要算法软件执行，算法复杂度较低、简单容易执行，不增加系统成本。
本发明另一实施例还提供了一种模块化级联多电平变换器的系统控制器，该模块化级联多电平变换器如图1所示，包括：至少一个系统控制器(图中未示出)和三个以三角形接法并网的相电路；各个相电路包括：滤波模块(图1中电感为例进行展示)和多个单元(每个单元包括图1中所示的一个DC/DC和一个级联模块)；其中：
相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；
三个相电路中全部单元的直流侧并联。
其系统控制器与三个相电路的全部单元均相连，用于：在三个相电路的全部单元中存在故障单元且故障单元被旁路的情况下，根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，作为零序电流参考值，以使三个相电路中各个正常运行单元的有功功率相同；然后根据零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
该系统控制器在实现上述功能时，其计算得到零序电流值所采用的公式为：
Figure BDA0001816804850000141
其中，i0为零序电流值，ω为电网信息中的电网基波角频率，I0为零序电流值的有效值，θ为零序电流值的初始相位角，且零序电流值的有效值I0和初始相位角θ的计算公式为：
Figure BDA0001816804850000151
其中，PT为系统三相功率，NA为A相相电路中正常运行单元的数量，NB为B相相电路中正常运行单元的数量，NC为C相相电路中正常运行单元的数量，Ug为电网信息中的电网电压有效值。
在计算得到该零序电流值之后，即可将其作为零序电流参考值，投入到调制电压的计算过程中去。
并且，具体的，该系统控制器在用于根据所述零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元时，具体用于：
根据三个相电路的电流检测值进行均值计算，得到零序电流反馈值；
对所述零序电流参考值减去所述零序电流反馈值的差值进行调节，得到零序电流调制电压；
根据所述零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
更为具体的，该系统控制器用于根据所述零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元时，具体用于：
将所述零序电流调制电压分别与三个相电路的正序电流调制电压求和，得到三个相电路各自的总调制电压；
将三个相电路各自的总调制电压分别除以各自正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压；
将三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并分别下发至对应相电路的各个正常运行单元。
如图1所示，单元包括：隔离型DC/DC变换器和级联模块；所述隔离型DC/DC变换器的第一侧为所述单元的直流侧；所述隔离型DC/DC变换器的第二侧与所述级联模块的直流侧相连；所述级联模块的交流侧为所述单元的交流侧；此时，该系统控制器还用于：若某个或某几个隔离型DC/DC变换器的状态信息为出现故障，则通知与故障隔离型DC/DC变换器相连的级联模块旁路输出；若某个或某几个级联模块的状态信息为出现故障，则通知与故障级联模块相连的隔离型DC/DC变换器关闭输出。
其原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种模块化级联多电平变换器，如图1所示，包括：至少一个系统控制器(图中未示出)和三个以三角形接法并网的相电路；各个相电路包括：滤波模块(图1中电感为例进行展示)和多个单元(每个单元包括图1中所示的一个DC/DC和一个级联模块)；其中：
相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；
三个相电路中全部单元的直流侧并联。
其系统控制器与上述实施例相同，此处不再赘述。
如图1所示，各个单元均包括：隔离型DC/DC变换器和级联模块；
隔离型DC/DC变换器的第一侧为单元的直流侧；
隔离型DC/DC变换器的第二侧与级联模块的直流侧相连；
级联模块的交流侧为单元的交流侧。
此时，若出现故障单元，比如隔离型DC/DC变换器在检测到自身出现故障时，将关闭自身输出，并通知自身所连接的级联模块；或者，在隔离型DC/DC变换器检测到自身所连接的级联模块出现故障时，也将关闭自身输出；而级联模块在检测到自身出现故障时，将旁路自身输出，并通知自身所连接的隔离型DC/DC变换器；或者，在级联模块检测到自身所连接的隔离型DC/DC变换器出现故障时，将旁路自身输出。
此处，具体的通知执行方式，可以是约定发送一个故障标志信号的方式，也可以是约定不发送信号的方式；具体的检测执行方式，可以是约定接收到一个故障标志信号的方式，也可以是约定不收到信号的方式。此次不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
且同一单元内的隔离型DC/DC变换器和级联模块，可以直接通讯、实现上述通知和检测，或者，也可以通过系统控制器实现间接地通知和检测，此时，该模块化级联多电平变换器的控制方法还包括：
若隔离型DC/DC变换器的状态信息为出现故障，则通知相应级联模块旁路输出；若级联模块的状态信息为出现故障，则通知相应隔离型DC/DC变换器关闭输出。
优选的，隔离型DC/DC变换器可以是单个输出端口，也可以是多个输出端口。级联模块内部级联子模块数目同隔离型DC/DC变换器输出端口数目相同，一一对应。单输入单输出的隔离型DC/DC变换器是这种单输入多输出隔离型DC/DC变换器的一种形式。值得说明的是，此处的输入、输出，只是区分两个端口名称，并不表明功率一定是从输入流向输出，功率也可以是从输出流向输入。因此，如图4所示，隔离型DC/DC变换器包括：一个DC/AC模块、N个AC/DC模块、铁芯、缠绕在铁芯上的一个原边绕组和N个副边绕组，N为正整数；级联模块包括N个级联子模块；
原边绕组与DC/AC模块的交流侧相连；
DC/AC模块的直流侧为隔离型DC/DC变换器的第一侧；
N个副边绕组分别与N个AC/DC模块的交流侧一一对应相连；
N个AC/DC模块的直流侧分别与N个级联子模块的直流侧一一对应相连；
N个级联子模块的交流侧级联，级联的两端分别作为级联模块的交流侧两端。
可选的，隔离型DC/DC变换器为：功率单向变换器或者功率双向变换器，比如反激式变换器(未进行图示)、LC串联谐振变流器(其主电路如图5a所示)、LLC串联谐振变流器(其主电路如图5b所示)、双有源DC/DC变流器(其主电路如图5c所示)及全桥DC/DC变流器(其主电路如图5d所示)中的任意一种。
可选的，级联模块为：H桥拓扑、NPC全桥拓扑及飞跨电容全桥拓扑中的任意一种。
其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种模块化级联多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述模块化级联多电平变换器包括：三个以三角形接法并网的相电路；
所述相电路包括：滤波模块和多个单元；所述相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过所述滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；三个相电路中全部单元的直流侧并联；所述模块化级联多电平变换器的控制方法包括：
在三个相电路的全部单元中存在故障单元且故障单元被旁路的情况下，根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，作为零序电流参考值，以使三个相电路中各个正常运行单元的有功功率相同；
根据所述零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
2.根据权利要求1所述的模块化级联多电平变换器的控制方法，其特征在于，根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值，作为零序电流参考值，包括：
根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，通过公式
Figure FDA0001816804840000011
计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值的有效值I0和初始相位角θ；
根据电网信息、零序电流值的有效值I0和初始相位角θ，通过公式
Figure FDA0001816804840000012
计算得到零序电流值i0，并将零序电流值i0作为零序电流参考值i0 *；
其中，ω为所述电网信息中的电网基波角频率，PT为所述系统三相功率，NA为A相相电路中正常运行单元的数量，NB为B相相电路中正常运行单元的数量，NC为C相相电路中正常运行单元的数量，Ug为所述电网信息中的电网电压有效值。
3.根据权利要求1所述的模块化级联多电平变换器的控制方法，其特征在于，根据所述零序电流参考值、三个相电路的电流检测值、三个相电路的正序电流调制电压及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元，包括：
根据三个相电路的电流检测值进行均值计算，得到零序电流反馈值；
对所述零序电流参考值减去所述零序电流反馈值的差值进行调节，得到零序电流调制电压；
根据所述零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元。
4.根据权利要求3所述的模块化级联多电平变换器的控制方法，其特征在于，根据所述零序电流调制电压、三个相电路的正序电流调制电压以及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并下发至对应相电路的各个正常运行单元，包括：
将所述零序电流调制电压分别与三个相电路的正序电流调制电压求和，得到三个相电路各自的总调制电压；
将三个相电路各自的总调制电压分别除以各自正常运行单元的数量，计算得到三个相电路中各个正常运行单元的调制电压；
将三个相电路中各个正常运行单元的调制电压并分别下发至对应相电路的各个正常运行单元。
5.根据权利要求1-4任一所述的模块化级联多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述单元包括：隔离型DC/DC变换器和级联模块；所述隔离型DC/DC变换器的第一侧为所述单元的直流侧；所述隔离型DC/DC变换器的第二侧与所述级联模块的直流侧相连；所述级联模块的交流侧为所述单元的交流侧；
所述模块化级联多电平变换器的控制方法，在根据系统三相功率、电网信息及三个相电路中正常运行单元的数量，计算得到各个正常运行单元均需要注入的零序电流值之前，还包括：
若所述隔离型DC/DC变换器的状态信息为出现故障，则通知相应级联模块旁路输出；若所述级联模块的状态信息为出现故障，则通知相应隔离型DC/DC变换器关闭输出。
6.一种模块化级联多电平变换器的系统控制器，其特征在于，所述系统控制器与模块化级联多电平变换器三个相电路中的各个单元相连，且用于执行权利要求1-5任一所述的模块化级联多电平变换器的控制方法。
7.一种模块化级联多电平变换器，其特征在于，包括：三个以三角形接法并网的相电路和如权利要求6所述的系统控制器；所述相电路包括：滤波模块和多个单元；其中：
所述相电路中各个单元的交流侧级联，且级联的一端通过所述滤波模块与电网相连，级联的另一端直接与电网相连；
三个相电路中全部单元的直流侧并联；
所述系统控制器与三个相电路中的各个单元相连。
8.根据权利要求7所述的模块化级联多电平变换器，其特征在于，所述单元包括隔离型DC/DC变换器和级联模块时，所述隔离型DC/DC变换器为：功率单向变换器或者功率双向变换器；所述级联模块为：H桥拓扑、NPC全桥拓扑及飞跨电容全桥拓扑中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的模块化级联多电平变换器，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器包括：一个DC/AC模块、N个AC/DC模块、铁芯、缠绕在铁芯上的一个原边绕组和N个副边绕组，N为正整数；所述级联模块包括N个级联子模块；
所述原边绕组与所述DC/AC模块的交流侧相连；
所述DC/AC模块的直流侧为所述隔离型DC/DC变换器的第一侧；
N个副边绕组分别与N个AC/DC模块的交流侧一一对应相连；
N个AC/DC模块的直流侧分别与N个级联子模块的直流侧一一对应相连；
N个级联子模块的交流侧级联，级联的两端分别作为所述级联模块的交流侧两端。
10.根据权利要求8所述的模块化级联多电平变换器，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器用于：在检测到自身出现故障时，关闭自身输出，并通知自身所连接的级联模块；或者，在检测到自身所连接的级联模块出现故障时，关闭自身输出；
所述级联模块用于：在检测到自身出现故障时，旁路自身输出，并通知自身所连接的隔离型DC/DC变换器；或者，在检测到自身所连接的隔离型DC/DC变换器出现故障时，旁路自身输出。
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