CN112910291B - 换流器的控制方法、控制器和控制设备、以及换流系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种换流器的控制方法、控制器和控制设备、以及换流系统。控制方法包括:根据变压器原边输入的电压幅值及变压器原边预设的参考电压,确定MMC上桥臂及MMC下桥臂的公共电流参考信号;根据公共电流参考信号和电流扰动量等参数,确定MMC上桥臂和MMC下桥臂的电压调制信号;再确定MMC上桥臂中各子模块的驱动信号及MMC下桥臂中各子模块的驱动信号。本申请中将变压器原边输入的电压幅值作为反馈信号且引入了电流扰动量作为修正量,实现“电压外环‑电流内环”的控制策略;另外,引入电流扰动量可实现MMC桥臂中子模块的均压策略和电容桥臂的均压策略。各控制策略配合可显著提升单相模块化多电平换流器的稳态和动态性能。
Description
技术领域
本申请涉及换流设备的技术领域,具体而言,本申请涉及一种换流器的控制方法、控制器和控制设备、以及换流系统。
背景技术
现有的一种单相模块化多电平换流器一般包括并联连接的MMC(ModularMultilevel Converter,单相模块化多电平换流器)桥臂及电容桥臂。该单相模块化多电平换流器的输出端与变压器电连接,实现高压侧和低压侧隔离;变压器副边接单相全控整流桥电连接,实现直流电压输出。相比于传统的模块化多电平换流器,该单相模块化多电平换流器中子模块的数量更少,有效地降低了成本,缩小了整体的体积。
现有的单相模块化多电平换流器的控制方法,无法保证单相模块化多电平换流器具有较佳的稳态和动态性能,易导致单相模块化多电平换流器中的器件出现过压和过流。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点,提出一种换流器的控制方法、控制器和控制设备、以及换流系统,用以解决现有的单相模块化多电平换流器的控制方法无法保证单相模块化多电平换流器具有较佳的稳态和动态性能的技术问题。
第一方面,本申请实施例提供了一种单相模块化多电平换流器的控制方法,单相模块化多电平换流器包括并联连接的MMC桥臂及电容桥臂;MMC桥臂包括MMC上桥臂及MMC下桥臂;电容桥臂包括串联的电容上桥臂、电容下桥臂,两电容桥臂的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点;单相模块化多电平换流器的直流侧输入端用于与直流母线连接,交流侧输出端用于与变压器原边连接;
方法包括:
根据变压器原边输入的电压幅值及变压器原边预设的参考电压,确定MMC上桥臂及MMC下桥臂的公共电流参考信号;
根据公共电流参考信号、MMC上桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定MMC上桥臂的电压调制信号,并根据公共电流参考信号、MMC下桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定MMC下桥臂的电压调制信号;
根据MMC上桥臂的电压调制信号、电容上桥臂的电容电压及MMC桥臂中子模块的额定电压,确定MMC上桥臂中各子模块的驱动信号,并根据MMC下桥臂的电压调制信号、电容下桥臂的电容电压及MMC桥臂中子模块的额定电压,确定MMC下桥臂中各子模块的驱动信号。
第二方面,本申请实施例提供了一种单相模块化多电平换流器的控制器,控制器利用本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法驱动单相模块化多电平换流器的MMC桥臂中的各子模块,控制器包括:
公共电流参考信号确定单元,用于根据变压器原边输入的电压幅值及变压器原边预设的参考电压,确定MMC上桥臂及MMC下桥臂的公共电流参考信号;
第一电压调制信号确定单元,用于根据公共电流参考信号、MMC上桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定MMC上桥臂的电压调制信号;
第二电压调制信号确定单元,用于根据公共电流参考信号、MMC下桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定MMC下桥臂的电压调制信号;
第一驱动信号确定单元,用于根据MMC上桥臂的电压调制信号、电容上桥臂的电容电压及MMC桥臂中子模块的额定电压,确定MMC上桥臂中各子模块的驱动信号;
第二驱动信号确定单元,用于根据MMC下桥臂的电压调制信号、电容下桥臂的电容电压及MMC桥臂中子模块的额定电压,确定MMC下桥臂中各子模块的驱动信号。
第三方面,本申请实施例提供了一种单相模块化多电平换流系统,包括单相模块化多电平换流器以及本申请实施例提供的控制器;
单相模块化多电平换流器包括并联连接的MMC桥臂及电容桥臂;MMC桥臂包括MMC上桥臂及MMC下桥臂;电容桥臂包括串联的电容上桥臂、电容下桥臂,两电容桥臂的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点;单相模块化多电平换流器的直流侧输入端用于与直流母线连接,交流侧输出端用于与变压器原边连接;
控制器用于分别与直流母线、变压器原边、以及MMC桥臂和电容桥臂电连接。
第四方面,本申请实施例提供了一种单相模块化多电平换流器的控制设备,包括存储器和控制器;存储器存储有机器可读程序;
控制器在运行程序时,实现本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法;
控制器用于分别与存储器、直流母线、变压器原边、以及单相模块化多电平换流器的MMC桥臂和电容桥臂电连接。
本申请实施例提供的技术方案,至少具有如下有益效果:
在本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法中,将变压器原边输入的电压幅值作为反馈信号,且引入了电流扰动量作为修正量,实现了“电压外环-电流内环”的控制策略;另外,引入了电流扰动量可以实现MMC桥臂中子模块的均压策略和电容桥臂的均压策略。上述各控制策略配合可以显著地提升单相模块化多电平换流器的稳态和动态性能,避免单相模块化多电平换流器中的器件出现过压和过流。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1本申请实施例提供的一种单相模块化多电平换流器的拓扑图;
图2本申请实施例提供的第一种子模块的拓扑图;
图3本申请实施例提供的第二种子模块的拓扑图;
图4本申请实施例提供的第三种子模块的拓扑图;
图5是本申请提供的一种单相模块化多电平换流器的控制方法的流程示意图;
图6是本申请提供的另一种单相模块化多电平换流器的控制方法的流程示意图;
图7是本申请提供的单相模块化多电平换流器的控制方法的原理示意图;
图8是本申请提供的一种确定MMC桥臂第一电流扰动量的子方法的流程示意图;
图9是本申请提供的一种确定MMC桥臂第一电流扰动量的子方法的原理示意图;
图10是本申请提供的一种确定MMC桥臂第二电流扰动量的子方法的流程示意图;
图11是本申请提供的一种确定MMC桥臂第二电流扰动量的子方法的原理示意图;
图12是本申请提供的一种确定电容上桥臂电流扰动量和电容下桥臂电流扰动量的子方法的流程示意图;
图13是本申请提供的一种确定电容上桥臂电流扰动量和电容下桥臂电流扰动量的子方法的原理示意图;
图14是本申请实施例提供的一种单相模块化多电平换流器的控制器的模块示意图;
图15是本申请实施例提供的一种单相模块化多电平换流器的控制设备的模块示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请,本申请实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外,如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的,则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语),具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语,应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样被特定定义,否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图,对本申请的实施例进行描述。
首先对本申请涉及的几个英文缩写名词进行介绍和解释:
PI,英文全称为Proportional Integral,即比例积分;
PR,英文全称为Proportional Resonance,即准比例谐振;
MMC,英文全称为Modular Multilevel Converter,即单相模块化多电平换流器;
IGBT,英文全称为Insulated Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极型晶体管;
IGCT,英文全称为Integrated Gate Commutated Thyristor,即集成门极换流晶闸管。
本申请提供的单相模块化多电平换流器的控制方法,用于控制单相模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)100,如图1所示,单相模块化多电平换流器100包括并联连接的MMC桥臂及电容桥臂。MMC桥臂包括MMC上桥臂101及MMC下桥臂102,电容桥臂包括串联的电容上桥臂CT、电容下桥臂CB。电容上桥臂CT与电容下桥臂CB的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点。单相模块化多电平换流器的直流侧输入端用于与直流母线连接,交流侧输出端用于与变压器200原边连接。直流侧输入端包括MMC上桥臂101与电容上桥臂CT的公共连接点、以及MMC下桥臂102与电容下桥臂CB的公共连接点。交流侧输出端包括MMC上桥臂101与MMC下桥臂102的公共连接点、以及电容上桥臂CT与电容下桥臂CB的公共连接点。
在本申请的一个实施例中,MMC上桥臂101与电容上桥臂CT的公共连接点,通过一个低通滤波器FH与直流母线连接;MMC下桥臂102与电容下桥臂CB的公共连接点,通过另一个低通滤波器FH与直流母线连接。
在本申请的一个实施例中,MMC上桥臂101与MMC下桥臂102的公共连接点,与变压器200原边的一端电连接;电容上桥臂CT与电容下桥臂CB的公共连接点,与变压器200原边的另一端电连接。
在本申请的一个实施例中,MMC上桥臂101和MMC下桥臂102都包括依次串联的多个子模块(SM1~SMN,N为正整数)和桥臂电感Larm,子模块的具体数量(即N值)可以根据实际的设计需要而定。
MMC上桥臂101的桥臂电感Larm与MMC下桥臂102的桥臂电感Larm电连接,两个桥臂电感Larm的连接点是MMC上桥臂101与MMC下桥臂102的公共连接点。
MMC上桥臂101中远离桥臂电感Larm的子模块(如MMC上桥臂101中的子模块SM1)用于与电容上桥臂CT电连接,二者的连接点即为MMC上桥臂101与电容上桥臂CT的公共连接点。
MMC下桥臂102中远离桥臂电感Larm的子模块(如MMC下桥臂102中的子模块SMN)用于与电容下桥臂CB电连接,二者的连接点即为MMC下桥臂102与电容下桥臂CB的公共连接点。
在图1中,IH表示直流母线输入至单相模块化多电平换流器100的电流,vTs表示MMC上桥臂101中所有子模块的电压,vTl表示MMC上桥臂101中桥臂电感Larm的电压,vBs表示MMC下桥臂102中所有子模块的电压,vBl表示MMC下桥臂102中桥臂电感Larm的电压。
在本申请的一个实施例中,MMC桥臂中的子模块可以是半桥子模块(Half BridgeSub-Module,HBSM)、全桥子模块(Full Bridge Sub-Module,FBSM)、或双子模块(ClampDouble Sub-Module,CDSM)。
如图2所示,半桥子模块包括2个全控型器件和1个子模块电容C0,全控型器件譬如可以为IGBT或IGCT(下同)。全控型器件T1和器件D1构成一个功率单元,全控型器件T2和器件D2构成一个功率单元。
usm为子模块对外输出的电压,ism为子模块的输入电流,A端为输入端,B端为输出端。uc为子模块电容C0两端的电压,即子模块的电容电压。ic为子模块电容C0的电流。
如图3所示,全桥子模块包括4个全控型器件、1个子模块电容C0和1个电阻Rfd。全控型器件T1和器件D1构成一个功率单元,全控型器件T2和器件D2构成一个功率单元,全控型器件T3和器件D3构成一个功率单元,全控型器件T4和器件D4构成一个功率单元。
usm为子模块对外输出的电压,ism为子模块的输入电流,A端为输入端,B端为输出端。uc为子模块电容C0两端的电压,即子模块的电容电压。ic为子模块电容C0的电流。
如图4所示,双子模块包括5个功率单元、两个子模块电容C01及C02、两个二极管DA和DB。
其中,全控型器件T1和器件D1构成一个功率单元,全控型下器件T2和器件D2构成一个功率单元,全控型器件T3和器件D3构成一个功率单元,全控型器件T4和器件D4构成一个功率单元,全控型器件T5和器件D5构成一个功率单元。
usm为子模块的两端电压,ism为子模块的输入电流,A端为子模块的输入端,B端为子模块的输出端。uc1为子模块电容C01两端的电压,uc2为子模块电容C02两端的电压,uc1和uc2为即子模块的电容电压。ic1为子模块电容C01的电流,ic2为子模块电容C02的电流。
在应用上述单相模块化多电平换流器100时,单相模块化多电平换流器100将直流母线输出的高压直流电压逆变成交流输出电压,电容上桥臂CT与电容下桥臂CB的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点。
如图1所示,单相模块化多电平换流器的交流侧输出端所输出的交流输出电压为变压器200的原边输入的电压vN1,经电磁变换后,在变压器200的副边输出低压交流电压vN2。iN1为相模块化多电平换流器的交流侧输出端所输出的电流,即变压器200的原边输入的电流;iN2为变压器200的副边输出的电流。
由于单相全控整流桥300采用PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)的调制方式,导致全控桥交流侧含有大量高频谐波。因此,将变压器200的副边与单相全控整流桥300的交流侧输入端通过电感L相连,利用电感L滤除回路电流中的高频分量。
在本申请的一个实施例中,如图1所示,单相全控整流桥300包括4个功率单元。器件T10和器件D10构成一个功率单元,其中器件T20和器件D20构成一个功率单元,其中器件T30和器件D30构成一个功率单元,其中器件T40和器件D40构成一个功率单元。
单相全控整流桥300的直流侧输出端电连接有电容CL和电感FL,电容CL用于滤除输出的直流电压中的高频分量,电感FL滤除负载电流中的高频分量。uac为单相全控整流桥300的输入电压,vCL为电容CL两端的电压,vL为最终输出的电压。
本申请实施例提供了一种单相模块化多电平换流器的控制方法,该方法的流程示意图如图5所示,包括:
S101:根据变压器200原边输入的电压幅值|VN1|及变压器200原边预设的参考电压|V* N1|,确定MMC上桥臂101及MMC下桥臂102的公共电流参考信号|i* s|。
在本申请的一个实施例中,步骤S101包括:对变压器200原边预设的参考电压|V* N1|与变压器200原边输入的电压幅值|VN1|作差,得到第一电压差值;对第一电压差值进行比例积分调节(Proportional Integral,PI),确定MMC上桥臂101及MMC下桥臂102的公共电流参考信号|i* s|。
S102:根据公共电流参考信号|i* s|、MMC上桥臂101的电流实测值iTS及至少一个电流扰动量,确定MMC上桥臂101的电压调制信号,并根据公共电流参考信号|i* s|、MMC下桥臂102的电流实测值iBS及至少一个电流扰动量,确定MMC下桥臂102的电压调制信号。
在本申请的一个实施例中,步骤S102包括:
根据公共电流参考信号|i* s|和至少一个电流扰动量,确定MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS;对MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS和电流实测值iTS作差,得到第一电流差值;根据第一电流差值确定MMC上桥臂101的电压调制信号。
以及,根据公共电流参考信号|i* s|和至少一个电流扰动量,确定MMC下桥臂102的电流参考信号i* BS;对MMC下桥臂102的电流参考信号i* BS和电流实测值iBS作差,得到第二电流差值;根据第二电流差值确定MMC上桥臂101的电压调制信号。
S103:根据MMC上桥臂101的电压调制信号、电容上桥臂CT的电容电压vCT及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC上桥臂101中各子模块的驱动信号,并根据MMC下桥臂102的电压调制信号、电容下桥臂CB的电容电压vCB及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC下桥臂102中各子模块的驱动信号。
在本申请的一个实施例中,步骤S103包括:
对MMC上桥臂101的电压调制信号和电容上桥臂CT的电容电压vCT作差,确定第六电压差值;根据第六电压差值及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC上桥臂101中子模块的导通数量;根据MMC上桥臂101中子模块的导通数量进行最近电压逼近(Nearest LevelModulation,NLM)调节或载波移相调节,确定MMC上桥臂101中各子模块的驱动信号。
以及,对MMC下桥臂102的电压调制信号和电容下桥臂CB的电容电压vCB作差,确定第七电压差值;根据第七电压差值及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC下桥臂102中子模块的导通数量;根据MMC下桥臂102中子模块的导通数量进行最近电压逼近调节或载波移相调节,确定MMC下桥臂102中各子模块的驱动信号。
在本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法中,将变压器200原边输入的电压幅值|VN1|作为反馈信号,且引入了电流扰动量作为修正量,实现了“电压外环-电流内环”的控制策略;另外,引入了电流扰动量可以实现MMC桥臂中子模块的均压策略和电容桥臂的均压策略。上述各控制策略配合可以显著地提升单相模块化多电平换流器的稳态和动态性能,避免单相模块化多电平换流器中的器件出现过压和过流。
本申请实施例还提供了一种单相模块化多电平换流器的控制方法,该方法的流程示意图如图6所示,包括:
S201:对变压器200原边预设的参考电压|V* N1|与变压器200原边输入的电压幅值|VN1|作差,得到第一电压差值。
如图7所示,将参考电压|V* N1|减去电压幅值|VN1|后得到第一电压差值。参考电压|V* N1|的具体数值可以根据实际的设计需要而定。
S202:对第一电压差值进行比例积分调节,确定MMC上桥臂101及MMC下桥臂102的公共电流参考信号|i* s|,之后执行S203和S209。
本领域的技术人员可以理解,步骤202实际上是将第一电压差值的比例和积分通过线性组合生成公共电流参考信号|i* s|。
S203:根据公共电流参考信号|i* s|和至少一个电流扰动量,确定MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS。
至少一个电流扰动量可以包括MMC桥臂第一电流扰动量Δiac、MMC桥臂第二电流扰动量Δidc或电容上桥臂CT电流扰动量ΔiCT等。
在本申请的一个实施例中,步骤S203包括:根据公共电流参考信号|i* s|、MMC桥臂第一电流扰动量Δiac、MMC桥臂第二电流扰动量Δidc和电容上桥臂CT电流扰动量ΔiCT,确定MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS。
在本申请实施例提供的步骤S203的一种处理过程为:将公共电流参考信号|i* s|与MMC桥臂第一电流扰动量Δiac相加后,进行三角函数变换(如进行cos(wt)变换);三角函数变换后得到的结果依次与MMC桥臂第二电流扰动量Δidc和电容上桥臂CT电流扰动量ΔiCT相加和相减,最终得到MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS。
本领域的技术人员可以理解,步骤S203也可以采用其它形式的处理过程,例如,在电流扰动量中增加比例系数、改变三角函数变换的形式或改变步骤之间的运算规则等,此处不再赘述。
S204:对MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS和电流实测值iTS作差,得到第一电流差值。
在本申请实施例中,如图7所示,将MMC上桥臂101的电流参考信号i* TS减去电流实测值iTS后,得到第一电流差值。
S205:根据第一电流差值确定MMC上桥臂101的电压调制信号。
可选地,如图7所示,在步骤S205中,可以对第一电流差值进行放大系数为K的比例环节后,得到MMC上桥臂101的电压调制信号。放大系数K的具体数值可以根据实际的设计需要而定。
可选地,如图7所示,在步骤S205中,可以对第一电流差值进行比例积分(Proportional Integral,PI)调节后得到MMC上桥臂101的电压调制信号。
在本申请实施例中,如图7所示,在步骤S205中,可以对第一电流差值进行准比例谐振(Proportional Resonance,PR)调节后得到MMC上桥臂101的电压调制信号。
S206:对MMC上桥臂101的电压调制信号和电容上桥臂CT的电容电压vCT作差,确定第六电压差值。
在本申请实施例中,如图7所示,将电容上桥臂CT的电容电压vCT减去MMC上桥臂101的电压调制信号后,得到第六电压差值。
S207:根据第六电压差值及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC上桥臂101中子模块的导通数量。
在本申请的一个实施例中,如图7所示,将第六电压差值除以MMC桥臂中子模块的额定电压UCN后,得到MMC上桥臂101中子模块的导通数量。
S208:根据MMC上桥臂101中子模块的导通数量进行最近电压逼近调节或载波移相调节,确定MMC上桥臂101中各子模块的驱动信号。
可选地,确定MMC上桥臂101中各子模块的驱动信号的同时,执行步骤S214确定MMC下桥臂102中各子模块的驱动信号。之后,根据MMC上桥臂101中子模块的驱动信号,驱动MMC上桥臂101中的子模块;同时根据MMC下桥臂102中子模块的驱动信号,驱动MMC下桥臂102中的子模块。可选地,向MMC上桥臂101中每个子模块的控制端,输送MMC上桥臂101中该子模块的驱动信号;同时,向MMC下桥臂102中每个子模块的控制端,输送MMC下桥臂102中该子模块的驱动信号。例如,对于向MMC上桥臂101和MMC下桥臂102中子模块的全控型器件的控制端输送驱动信号。
S209:根据公共电流参考信号|i* s|和至少一个电流扰动量,确定MMC下桥臂102的电流参考信号i*BS。
至少一个电流扰动量可以包括MMC桥臂第一电流扰动量Δiac、MMC桥臂第二电流扰动量Δidc或电容下桥臂CB电流扰动量ΔiCB等。
在本申请的一个实施例中,步骤S209包括:根据公共电流参考信号|i* s|、MMC桥臂第一电流扰动量Δiac、MMC桥臂第二电流扰动量Δidc和电容下桥臂CB电流扰动量ΔiCB,确定MMC下桥臂102的电流参考信号i*BS。
在本申请实施例提供的步骤S209的一种处理过程为:将公共电流参考信号|i* s|与MMC桥臂第一电流扰动量Δiac相减后,进行三角函数变换(如进行cos(wt)变换);MMC桥臂第二电流扰动量Δidc减去三角函数变换后得到的结果,再将该结果减去电容下桥臂CB电流扰动量ΔiCB后,得到MMC下桥臂102的电流参考信号i*BS。
本领域的技术人员可以理解,步骤S209也可以采用其它形式的处理过程,例如,在电流扰动量中增加比例系数、改变三角函数变换的形式或改变步骤之间的运算规则等,此处不再赘述。
S210:对MMC下桥臂102的电流参考信号i*BS和电流实测值iBS作差,得到第二电流差值。
可选地,在本申请实施例中,如图7所示,将MMC下桥臂102的电流参考信号i*BS减去电流实测值iBS后,得到第二电流差值。
S211:根据第二电流差值确定MMC下桥臂102的电压调制信号。
可选地,在本申请实施例中,如图7所示,在步骤S211中,可以对第二电流差值进行放大系数为K的比例环节后,得到MMC下桥臂102的电压调制信号。放大系数K的具体数值可以根据实际的设计需要而定。
在本申请实施例中,如图7所示,在步骤S211中,可以对第二电流差值进行比例积分调节后得到MMC下桥臂102的电压调制信号。
在本申请实施例中,如图7所示,在步骤S205中,可以对第二电流差值进行准比例谐振(Proportional Resonance,PR)调节后得到MMC下桥臂102的电压调制信号。
S212:对MMC下桥臂102的电压调制信号和电容下桥臂CB的电容电压vCB作差,确定第七电压差值。
在本申请实施例中,如图7所示,将电容下桥臂CB的电容电压vCB减去MMC下桥臂102的电压调制信号后,得到第七电压差值。
S213:根据第七电压差值及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC下桥臂102中子模块的导通数量。
在本申请的一个实施例中,如图7所示,将第七电压差值除以MMC桥臂中子模块的额定电压UCN后,得到MMC下桥臂102中子模块的导通数量。
S214:根据MMC下桥臂102中子模块的导通数量进行最近电压逼近调节或载波移相调节,确定MMC下桥臂102中各子模块的驱动信号。
在本申请实施例中,MMC桥臂第一电流扰动量Δiac可以保证MMC上桥臂101和MMC下桥臂102中所有子模块的电容电压恒定;MMC桥臂第二电流扰动量Δidc可以保证MMC上桥臂101和MMC下桥臂102中所有子模块的电容电压的直流分量相等;电容上桥臂CT电流扰动量ΔiCT和电容下桥臂CB电流扰动量ΔiCB可以保证电容上桥臂CT的电容电压vCT和电容下桥臂CB的电容电压vCB均压。
本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法中,还包括一种确定MMC桥臂第一电流扰动量Δidc的子方法,该子方法的流程示意图如图8所示,包括:
S301:对MMC上桥臂101中所有子模块的电容电压uCT求和并取平均,得到MMC上桥臂101中子模块的平均电容电压,并对MMC下桥臂102中所有子模块的电容电压uCB求和取平均,得到MMC下桥臂102中子模块的平均电容电压。
若MMC上桥臂101中的子模块为图2所示的半桥子模块,则子模块的电容电压uCT为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC上桥臂101中的子模块为图3所示的全桥子模块,则子模块的电容电压uCT为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC上桥臂101中的子模块为图4所示的双子模块,则子模块的电容电压uCT为图4中子模块电容C01两端的电压uc1和子模块电容C02两端的电压uc2。
若MMC下桥臂102中的子模块为图2所示的半桥子模块,则子模块的电容电压uCB为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC下桥臂102中的子模块为图3所示的全桥子模块,则子模块的电容电压uCB为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC下桥臂102中的子模块为图4所示的双子模块,则子模块的电容电压uCB为图4中子模块电容C01两端的电压uc1和子模块电容C02两端的电压uc2。
S302:对MMC上桥臂101中子模块的平均电容电压及MMC下桥臂102中子模块的平均电容电压作差,得到第二电压差值。
S303:对第二电压差值进行比例积分调节,确定MMC桥臂第一电流扰动量Δidc。
本领域的技术人员可以理解,也可以通过其他方式计算得到第二电压差值。如图9所示,在本申请实施例中,先计算MMC上桥臂101中所有子模块的电容电压uCT的和值、以及MMC下桥臂102中所有子模块的电容电压uCB的和值,将两个和值相减后再除以数值N,即得到第二电压差值。N为MMC上桥臂101(或MMC下桥臂102)中子模块的数量。
本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法中,还包括一种确定MMC桥臂第二电流扰动量Δidc的子方法,该子方法的流程示意图如图10所示,包括:
S401:根据MMC上桥臂101中所有子模块的电容电压uCT、MMC下桥臂102中所有子模块的电容电压uCB及MMC桥臂中所有子模块的数量,计算MMC桥臂中子模块的平均电容电压。
若MMC上桥臂101中的子模块为图2所示的半桥子模块,则子模块的电容电压uCT为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC上桥臂101中的子模块为图3所示的全桥子模块,则子模块的电容电压uCT为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC上桥臂101中的子模块为图4所示的双子模块,则子模块的电容电压uCT为图4中子模块电容C01两端的电压uc1和子模块电容C02两端的电压uc2。
若MMC下桥臂102中的子模块为图2所示的半桥子模块,则子模块的电容电压uCB为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC下桥臂102中的子模块为图3所示的全桥子模块,则子模块的电容电压uCB为图2中子模块电容C0两端的电压uc;若MMC下桥臂102中的子模块为图4所示的双子模块,则子模块的电容电压uCB为图4中子模块电容C01两端的电压uc1和子模块电容C02两端的电压uc2。
本领域的技术人员可以理解,也可以通过其他方式计算得到第三电压差值。如图11所示,在本申请实施例中,可以将MMC上桥臂101中所有子模块的电容电压uCT,与MMC下桥臂102中所有子模块的电容电压uCB相加后,再除以MMC桥臂中所有子模块的数量(2N),得到MMC桥臂中子模块的平均电容电压。
S402:对子模块的平均电容电压及子模块的额定电压UCN作差,得到第三电压差值。
如图11所示,在本申请实施例中,可以将子模块的额定电压UCN减去子模块的平均电容电压后,得到第三电压差值。
S403:对第三电压差值进行比例积分调节,确定MMC桥臂第二电流扰动量Δidc。
本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法中,还包括一种确定电容上桥臂CT电流扰动量ΔiCT和电容下桥臂CB电流扰动量ΔiCB的子方法,该子方法的流程示意图如图12所示,包括:
S501:采集直流母线电压udc、电容上桥臂CT的电容电压vCT及电容下桥臂CB的电容电压vCB。
S502:取直流母线电压udc的一半与电容上桥臂CT的电容电压vCT作差,得到第四电压差值,并取直流母线电压udc的一半与电容下桥臂CB的电容电压vCB作差,得到第五电压差值。
如图13所示,在本申请实施例中,将直流母线电压udc的一半减去电容上桥臂CT的电容电压vCT后,得到第四电压差值;将直流母线电压udc的一半减去电容下桥臂CB的电容电压vCB后,得到第五电压差值。
S503:对第四电压差值进行比例积分调节,得到电容上桥臂CT电流扰动量ΔiCT,并对第五电压差值进行比例积分调节,得到电容下桥臂CB电流扰动量ΔiCB。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种单相模块化多电平换流器的控制器600,控制器600利用本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法驱动单相模块化多电平换流器的MMC桥臂中的各子模块。
如图14所示,控制器600包括:公共电流参考信号确定单元601、第一电压调制信号确定单元602、第二电压调制信号确定单元603、第一驱动信号确定单元604和第二驱动信号确定单元605。
公共电流参考信号确定单元601用于根据变压器200原边输入的电压幅值|VN1|及变压器200原边预设的参考电压|*VN1|,确定MMC上桥臂101及MMC下桥臂102的公共电流参考信号|i* s|。
第一电压调制信号确定单元602用于根据公共电流参考信号|i* s|、MMC上桥臂101的电流实测值iTS及至少一个电流扰动量,确定MMC上桥臂101的电压调制信号。
第二电压调制信号确定单元603用于根据公共电流参考信号|i* s|、MMC下桥臂102的电流实测值iBS及至少一个电流扰动量,确定MMC下桥臂102的电压调制信号。
第一驱动信号确定单元604用于根据MMC上桥臂101的电压调制信号、电容上桥臂CT的电容电压vCT及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC上桥臂101中各子模块的驱动信号。
第二驱动信号确定单元605用于根据MMC下桥臂102的电压调制信号、电容下桥臂CB的电容电压vCB及MMC桥臂中子模块的额定电压UCN,确定MMC下桥臂102中各子模块的驱动信号。
本申请实施例提供的控制器,与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果,该控制器中未详细示出的内容可参照前面的各实施例,在此不再赘述。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种单相模块化多电平换流系统,包括单相模块化多电平换流器100以及本申请实施例提供的控制器600。
单相模块化多电平换流器100包括并联连接的MMC桥臂及电容桥臂;MMC桥臂包括MMC上桥臂101及MMC下桥臂102;电容桥臂包括串联的电容上桥臂CT、电容下桥臂CB,两电容桥臂的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点;单相模块化多电平换流器的直流侧输入端用于与直流母线连接,交流侧输出端用于与变压器200原边连接;
控制器600用于分别与直流母线、变压器200原边、以及MMC桥臂和电容桥臂电连接。
本申请实施例提供的单相模块化多电平换流系统,与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果,该单相模块化多电平换流系统中未详细示出的内容可参照前面的各实施例,在此不再赘述。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种单相模块化多电平换流器的控制设备700,如图15所示,包括存储器701和处理器702。
存储器701存储有机器可读程序。
处理器702在运行程序时,实现本申请实施例提供的单相模块化多电平换流器的控制方法。
处理器702用于分别与存储器701、直流母线、变压器200原边、以及单相模块化多电平换流器的MMC桥臂和电容桥臂电连接。
本申请实施例中的存储器701可以是ROM(Read-Only Memory,只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备,可以是RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备,也可以是EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory,电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory,只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质,但不限于此。
本申请实施例中的处理器702可以是CPU(Central Processing Unit,中央处理器)、通用处理器、DSP(Digital Signal Processor,数据信号处理器)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit,专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable GateArray,现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框,模块和电路。处理器702也可以是实现计算功能的组合,例如包含一个或多个微处理器组合,DSP和微处理器的组合等。
本技术领域技术人员可以理解,本申请实施例提供的控制设备700可以为所需的目的而专门设计和制造,或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序,这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如,计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中。
本申请实施例提供的控制设备700,与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果,该单相模块化多电平换流系统中未详细示出的内容可参照前面的各实施例,在此不再赘述。
本技术领域技术人员可以理解,本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地,具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地,现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解的是,虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,其可以以其他的顺序执行。而且,附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,其执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种单相模块化多电平换流器的控制方法,其特征在于,所述单相模块化多电平换流器包括并联连接的MMC桥臂及电容桥臂;所述MMC桥臂包括MMC上桥臂及MMC下桥臂;所述电容桥臂包括串联的电容上桥臂、电容下桥臂,两电容桥臂的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点;所述单相模块化多电平换流器的直流侧输入端用于与直流母线连接,交流侧输出端用于与变压器原边连接;
所述方法包括:
根据所述变压器原边输入的电压幅值及所述变压器原边预设的参考电压,确定所述MMC上桥臂及所述MMC下桥臂的公共电流参考信号;
根据所述公共电流参考信号、所述MMC上桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定所述MMC上桥臂的电压调制信号,并根据所述公共电流参考信号、所述MMC下桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定所述MMC下桥臂的电压调制信号;
根据所述MMC上桥臂的电压调制信号、所述电容上桥臂的电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定所述MMC上桥臂中各子模块的驱动信号,并根据所述MMC下桥臂的电压调制信号、所述电容下桥臂的电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定MMC下桥臂中各子模块的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,根据所述变压器原边输入的电压幅值及所述变压器原边预设的参考电压,确定所述MMC上桥臂及所述MMC下桥臂的公共电流参考信号,包括:
对所述变压器原边预设的参考电压与所述变压器原边输入的电压幅值作差,得到第一电压差值;
对所述第一电压差值进行比例积分调节,确定所述MMC上桥臂及所述MMC下桥臂的公共电流参考信号。
3.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,根据所述公共电流参考信号、所述MMC上桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定所述MMC上桥臂的电压调制信号,包括:根据所述公共电流参考信号和所述至少一个电流扰动量,确定所述MMC上桥臂的电流参考信号;对所述MMC上桥臂的电流参考信号和电流实测值作差,得到第一电流差值;根据所述第一电流差值确定所述MMC上桥臂的电压调制信号;以及
根据所述公共电流参考信号、所述MMC下桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定所述MMC下桥臂的电压调制信号,包括:根据所述公共电流参考信号和所述至少一个电流扰动量,确定所述MMC下桥臂的电流参考信号;对所述MMC下桥臂的电流参考信号和电流实测值作差,得到第二电流差值;根据所述第二电流差值确定所述MMC下桥臂的电压调制信号。
4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,根据所述公共电流参考信号和所述至少一个电流扰动量,确定所述MMC上桥臂的电流参考信号,包括:根据所述公共电流参考信号、MMC桥臂的第一电流扰动量、MMC桥臂第二电流扰动量和电容上桥臂电流扰动量,确定所述MMC上桥臂的电流参考信号;以及
根据所述公共电流参考信号和所述至少一个电流扰动量,确定所述MMC下桥臂的电流参考信号,包括:根据所述公共电流参考信号、所述MMC桥臂的第一电流扰动量、所述MMC桥臂第二电流扰动量和电容下桥臂电流扰动量,确定所述MMC下桥臂的电流参考信号。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
对所述MMC上桥臂中所有子模块的电容电压求和并取平均,得到MMC上桥臂中子模块的平均电容电压,并对所述MMC下桥臂中所有子模块的电容电压求和取平均,得到MMC下桥臂中子模块的平均电容电压;
对所述MMC上桥臂中子模块的平均电容电压及MMC下桥臂中子模块的平均电容电压作差,得到第二电压差值;
对所述第二电压差值进行比例积分调节,确定所述MMC桥臂第一电流扰动量。
6.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据所述MMC上桥臂中所有子模块的电容电压、所述MMC下桥臂中所有子模块的电容电压及MMC桥臂中所有子模块的数量,计算MMC桥臂中子模块的平均电容电压;
对所述MMC桥臂中子模块的平均电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压作差,得到第三电压差值;
对所述第三电压差值进行比例积分调节,确定所述MMC桥臂的第二电流扰动量。
7.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
采集直流母线电压、电容上桥臂的电容电压及电容下桥臂的电容电压;
取所述直流母线电压的一半与所述电容上桥臂的电容电压作差,得到第四电压差值,并取所述直流母线电压的一半与所述电容下桥臂的电容电压作差,得到第五电压差值;
对所述第四电压差值进行比例积分调节,得到所述电容上桥臂电流扰动量,并对所述第五电压差值进行比例积分调节,得到所述电容下桥臂电流扰动量。
8.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,根据所述MMC上桥臂的电压调制信号、所述电容上桥臂的电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定所述MMC上桥臂中各子模块的驱动信号,包括:对所述MMC上桥臂的电压调制信号和所述电容上桥臂的电容电压作差,确定第六电压差值;根据所述第六电压差值及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定所述MMC上桥臂中子模块的导通数量;根据所述MMC上桥臂中子模块的、导通数量进行电压逼近调节或载波移相调节,确定所述MMC上桥臂中各子模块的驱动信号;
根据所述MMC下桥臂的电压调制信号、所述电容下桥臂的电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定所述MMC下桥臂中各子模块的驱动信号,包括:对所述MMC下桥臂的电压调制信号和所述电容下桥臂的电容电压作差,确定第七电压差值;根据所述第七电压差值及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定所述MMC下桥臂中子模块的导通数量;根据所述MMC下桥臂中子模块的导通数量进行电压逼近调节或载波移相调节,确定所述MMC下桥臂中各子模块的驱动信号。
9.一种单相模块化多电平换流器的控制器,其特征在于,所述控制器利用权利要求1-8中任一项所述的方法驱动所述单相模块化多电平换流器的MMC桥臂中的各子模块,所述控制器包括:
公共电流参考信号确定单元,用于根据所述变压器原边输入的电压幅值及所述变压器原边预设的参考电压,确定所述MMC上桥臂及所述MMC下桥臂的公共电流参考信号;
第一电压调制信号确定单元,用于根据所述公共电流参考信号、所述MMC上桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定所述MMC上桥臂的电压调制信号;
第二电压调制信号确定单元,用于根据所述公共电流参考信号、所述MMC下桥臂的电流实测值及至少一个电流扰动量,确定所述MMC下桥臂的电压调制信号;
第一驱动信号确定单元,用于根据所述MMC上桥臂的电压调制信号、所述电容上桥臂的电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定所述MMC上桥臂中各子模块的驱动信号;
第二驱动信号确定单元,用于根据所述MMC下桥臂的电压调制信号、所述电容下桥臂的电容电压及所述MMC桥臂中子模块的额定电压,确定MMC下桥臂中各子模块的驱动信号。
10.一种单相模块化多电平换流系统,其特征在于,包括单相模块化多电平换流器以及权利要求9所述的控制器;
所述单相模块化多电平换流器包括并联连接的MMC桥臂及电容桥臂;所述MMC桥臂包括MMC上桥臂及MMC下桥臂;所述电容桥臂包括串联的电容上桥臂、电容下桥臂,两电容桥臂的公共连接点作为交流输出电压的电势参考点;所述单相模块化多电平换流器的直流侧输入端用于与直流母线连接,交流侧输出端用于与变压器原边连接;
所述控制器用于分别与直流母线、变压器原边以及所述MMC桥臂和所述电容桥臂电连接。
11.一种单相模块化多电平换流器的控制设备,其特征在于,包括存储器和处理器;所述存储器存储有机器可读程序;
所述处理器在运行所述程序时,实现权利要求1-8中任一项所述的单相模块化多电平换流器的控制方法;
所述处理器用于分别与所述存储器、直流母线、变压器原边以及所述单相模块化多电平换流器的MMC桥臂和电容桥臂电连接。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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