雙輸出三開關(guān)組mmc逆變器直流電容電壓的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供雙輸出三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，包括對上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制；采樣上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的每個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定上該功率開關(guān)單元的直流電容的電壓。本發(fā)明的控制方法均衡和穩(wěn)定了雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器中直流電容的電壓，確保雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器具有兩路N+1電平交流輸出，輸出電流波形質(zhì)量很高，功率開關(guān)單元中每個(gè)開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/N，同時(shí)能保證變換器工作過程中所有開關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開關(guān)管的均壓問題。
【專利說明】雙輸出三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模塊組合多電平(MMC)變換器直流電容電壓的控制領(lǐng)域，具體涉及一種雙輸出三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器具有兩路N+1電平交流輸出，輸出電流波形質(zhì)量很高，功率開關(guān)單元中每個(gè)開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/N，同時(shí)能保證變換器工作過程中所有開關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開關(guān)管的均壓問題。與現(xiàn)有的單相三開關(guān)變換器相比較，本發(fā)明所提供的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器的兩路輸出均為N+1電平交流輸出，輸出交流波形的質(zhì)量有了極大的提高。此外，每個(gè)開關(guān)管的承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/N，且本發(fā)明所提供的控制方法使變換器工作過程中所有開關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開關(guān)管的均壓問題，這將非常有利于雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器在高壓和大功率場合的應(yīng)用。與現(xiàn)有的MMC變換器相比較，本發(fā)明所提供的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器具有兩路交流輸出，可直接用于兩條不同頻率的交流線路的相連，極大的降低了工程成本。
[0003]雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器中直流電容的電壓必須均衡，這是保證雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器正常工作的基本前提。然而，目前已有的MMC變換器的直流電容的控制方法并不適用于雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種雙輸出三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，具體技術(shù)方案如下。
[0005]一種雙輸出三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，包括對上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制；采樣上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓和流過上開關(guān)組的電流，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，其中j的取值為1-Ν ;采樣中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓和流過中開關(guān)組的電流，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓；采樣下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓和流過下開關(guān)組的電流，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓。
[0006]所述上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，然后通過PI調(diào)節(jié)，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容電壓的誤差放大信號；流過上開關(guān)組的電流通過符號函數(shù)，當(dāng)流過上開關(guān)組的電流大于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為I ;當(dāng)流過上開關(guān)組的電流小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容電壓的誤差放大信號乘以符號函數(shù)，然后除以值為Ud/2的電壓，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化誤差放大信號；第一路輸出的實(shí)際參考電壓除以值為Udo/2的電壓,得到第一路輸出的歸一化參考電壓；第一路輸出的歸一化參考電壓加上1/3，并減去上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化誤差放大信號，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號；上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號與第j個(gè)載波通過比較器，產(chǎn)生上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平，當(dāng)上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號大于第j個(gè)載波時(shí)，上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平為高電平；當(dāng)上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號小于第j個(gè)載波時(shí)，上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平為低電平。
[0007]所述中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，然后通過PI調(diào)節(jié)，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容電壓的誤差放大信號；流過中開關(guān)組的電流通過符號函數(shù)，當(dāng)流過中開關(guān)組的電流大于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為I ;當(dāng)流過中開關(guān)組的電流小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容電壓的誤差放大信號乘以符號函數(shù)，然后除以值為Ud/2的電壓，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化誤差放大信號；第一路輸出的實(shí)際參考電壓除以值為Ud0/2的電壓,得到第一路輸出的歸一化參考電壓；第一路輸出的歸一化參考電壓加上1/3,并加上中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單兀的歸一化誤差放大信號，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第一歸一化參考信號；中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第一歸一化參考信號與第j個(gè)載波通過比較器，當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第一歸一化參考信號大于第j個(gè)載波時(shí)，該比較器輸出高電平；當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第一歸一化參考信號小于第j個(gè)載波時(shí)，該比較器輸出低電平；第二路輸出的實(shí)際參考電壓除以值為&/?的電壓，得到第二路輸出的歸一化參考電壓；第二路輸出的歸一化參考電壓加上1/3，并減去中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化誤差放大信號，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二歸一化參考信號；中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第 二歸一化參考信號與第j個(gè)載波通過比較器，當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號大于第j個(gè)載波時(shí)，該比較器輸出高電平；當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二歸一化參考信號小于第j個(gè)載波時(shí)，該比較器輸出低電平；所述兩個(gè)比較器的輸出通過異或門，產(chǎn)生中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平。
[0008]所述下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，然后通過PI調(diào)節(jié)，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容電壓的誤差放大信號；流過下開關(guān)組的電流通過符號函數(shù)，當(dāng)流過下開關(guān)組的電流大于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為I ;當(dāng)流過下開關(guān)組的電流小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容電壓的誤差放大信號乘以符號函數(shù)，然后除以值為Ud/2的電壓，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化誤差放大信號；第二路輸出的實(shí)際參考電壓除以值為&/?的電壓，得到第二路輸出的歸一化參考電壓；第二路輸出的歸一化參考電壓減去1/3，并減去下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化誤差放大信號，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號；下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號與第j個(gè)載波通過比較器，產(chǎn)生下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平，當(dāng)下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號小于第j個(gè)載波時(shí)，下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平為高電平；當(dāng)下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的歸一化參考信號大于第j個(gè)載波時(shí)，下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管的控制電平為低電平。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)勢為:均衡和穩(wěn)定了雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器中直流電容的電壓，保證雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器正常工作。確保雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器具有兩路N+1電平交流輸出，輸出電流波形質(zhì)量很高，功率開關(guān)單元中每個(gè)開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/N，同時(shí)能保證變換器工作過程中所有開關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開關(guān)管的均壓問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器的電路結(jié)構(gòu)圖；
圖2是圖1所示的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器的功率開關(guān)單元的電路結(jié)構(gòu)圖；
圖3a、3b、3c、3d分別是是圖2所示的功率開關(guān)單元的四種工作模態(tài)；
圖4是上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第2個(gè)開關(guān)管的控制電平圖；
圖5a、5b、5c分別是上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的控制框圖；
圖6是本發(fā)明的控制方法用于雙輸出單相三開關(guān)組五電平MMC逆變器的仿真波形圖?！揪唧w實(shí)施方式】 [0011]為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行具體說明，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
[0012]參考圖1，雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器，包括直流電源^、第一電容G、第二電容G、第三電容G、開關(guān)橋臂、第一負(fù)載和第二負(fù)載；所述開關(guān)橋臂由上開關(guān)組H、中開關(guān)組M、下開關(guān)組L和耦合電感(ZyZz)串聯(lián)而成；上開關(guān)組H由N個(gè)功率開關(guān)單元(SMH1、SMH2、…、SMhn)串聯(lián)而成，中開關(guān)組M由N個(gè)功率開關(guān)單元(SMM1、SMM2、.'SMw)串聯(lián)而成，下開關(guān)組L由N個(gè)功率開關(guān)單元(SMU、SMl2,…、SMln)串聯(lián)而成；第一負(fù)載的一端接到第一電容G、第二電容G的中點(diǎn)，第一負(fù)載的另一端接到中開關(guān)組M的上端ο ;第二負(fù)載的一端接到第二電容G、第三電容G的中點(diǎn)，第二負(fù)載的另一端接到中開關(guān)組M的下端/7 ;第一負(fù)載的兩端作為第一路輸出，第二負(fù)載的兩端作為第二路輸出，N為正整數(shù)。
[0013]圖2示出圖1所示的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器的功率開關(guān)單元的電路結(jié)構(gòu)圖。功率開關(guān)單元由第一開關(guān)管&、第二開關(guān)管&、第一二極管4、第二二極管4和電容其中，電容的正極與第一開關(guān)管&的集電極、第一二極管A的陰極連接，第一開關(guān)管&的發(fā)射極與第一二極管A的陽極、第二開關(guān)管&的集電極、第二二極管4的陰極連接，第二開關(guān)管&的發(fā)射極與第二二極管4的陽極、電容的負(fù)極連接；第二開關(guān)管&的集電極作為第一輸出端，第二開關(guān)管&的發(fā)射極作為第二輸出端。
[0014]圖2所示的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器的功率開關(guān)單元具有四種工作模態(tài)，如圖3a、3b、3c和3d所示。
[0015]模態(tài)1:第一開關(guān)管&開通，第二開關(guān)管&關(guān)斷，電流通過第一二極管iV流入電容Csm,電容充電，電容Csm電壓升高，如圖3a所示；
模態(tài)2:第一開關(guān)管S1開通，第二開關(guān)管S2關(guān)斷，電流通過第一開關(guān)管S1流出電容Cs?，電容放電，電容Csm電壓降低，如圖3b所示；
模態(tài)3: 第一開關(guān)管&關(guān)斷，第二開關(guān)管&開通，電流通過第二開關(guān)管&，電容&#被旁路，電容Csm電壓不變，如圖3c所示；
模態(tài)4:第一開關(guān)管&關(guān)斷，第二開關(guān)管&開通，電流通過第二二極管4，電容&#被旁路，電容6#電壓不變，如圖3c所示。
[0016]圖4示出上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第2個(gè)開關(guān)管&的控制電平圖。第一路輸出的調(diào)制波兄+1/3疊加一個(gè)正值，增加了上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管&的開通時(shí)間；第二路輸出的調(diào)制波慫+1/3疊加一個(gè)負(fù)值，增加了下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管&的開通時(shí)間；第一路輸出的調(diào)制波兄+1/3疊加一個(gè)負(fù)值，第二路輸出的調(diào)制波慫+1/3疊加一個(gè)正值，增加了中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管&的開通時(shí)間。
[0017]當(dāng)直流電容電壓低于參考電壓時(shí)，增大直流電容充電時(shí)間或減小直流電容放電時(shí)間，即當(dāng)流過該直流電容所在開關(guān)組的電流大于O時(shí)增大第一開關(guān)管&的開通時(shí)間與減小第二開關(guān)管&的開通時(shí)間，當(dāng)流過該直流電容所在開關(guān)組的電流小于O時(shí)減小第一開關(guān)管S1的開通時(shí)間與增大第二開關(guān)管&的開通時(shí)間；當(dāng)直流電容電壓高于參考電壓時(shí)，減小直流電容充電時(shí)間或增大直流電容放電時(shí)間，即當(dāng)流過該直流電容所在開關(guān)組的電流大于O時(shí)減小第一開關(guān)管&的開通時(shí)間與增大第二開關(guān)管&的開通時(shí)間，當(dāng)流過該直流電容所在開關(guān)組的電流小于O時(shí)增大第一開關(guān)管&的開通時(shí)間與減小第二開關(guān)管&的開通時(shí)間。
[0018]雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，包括上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制；采樣上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMllj的直流電容的電壓和流過上開關(guān)組的電流4，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，其中j的取值為1、;采樣中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的直流電容的電壓和流過中開關(guān)組的電流冬，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的直流電容的電壓；采樣下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的直流電容的電壓和流過下開關(guān)組的電流&，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的直流電容的電壓。
[0019]如圖5a所示，所述上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的直流電容的電壓控制中，參考電壓匕減去上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的直流電容的電壓然后通過PI調(diào)節(jié)，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMHj的直流電容電壓的誤差放大信號Λ Vhcj ;流過上開關(guān)組的電流i〃通過符號函數(shù)當(dāng)流過上開關(guān)組的電流i〃大于O時(shí),符號函數(shù)^>/7輸出為I ;當(dāng)流過上開關(guān)組的電流4小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的直流電容電壓的誤差放大信號Zl 乘以符號函數(shù)^>/7，然后除以值為Ud/2的電壓，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的歸一化誤差放大信號Λ v*HCJ ;第一路輸出的實(shí)際參考電壓兄除以值為Ud/2的電壓，得到第一路輸出的歸一化參考電壓< ;第一路輸出的歸一化參考電壓< 加上1/3，并減去上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的歸一化誤差放大信號Zl ，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的歸一化參考信號v*HCj ;上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的歸一化參考信號v\CJ與第j個(gè)載波?.通過比較器，產(chǎn)生上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元sMHj的第二開關(guān)管&的控制電平SHj，當(dāng)上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的歸一化參考信號V^cj大于第j個(gè)載波Cj時(shí)，上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的第二開關(guān)管&的控制電平5^.為高電平；當(dāng)上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的歸一化參考信號v%CJ小于第j個(gè)載波Cj時(shí)，上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的第二開關(guān)管S2的控制電平Shj為低電平。
[0020]如圖5b所示，所述中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMiu的直流電容的電壓控制中，參考電壓匕減去中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的直流電容的電壓1?/，然后通過PI調(diào)節(jié)，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMMj的直流電容電壓的誤差放大信號Λ Vm ;流過中開關(guān)組的電流i#通過符號函數(shù)當(dāng)流過中開關(guān)組的電流2#大于O時(shí),符號函數(shù)^>/7輸出為I ;當(dāng)流過中開關(guān)組的電流冬小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的直流電容電壓的誤差放大信號Zl 乘以符號函數(shù)^>/7，然后除以值為Ud/2的電壓，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的歸一化誤差放大信號Λ v%CJ ;第一路輸出的實(shí)際參考電壓兄除以值為Ud/2的電壓，得到第一路輸出的歸一化參考電壓礦i ;第一路輸出的歸一化參考電壓礦3加上1/3,并加上中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的歸一化誤差放大信號Zl /吣.，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第一歸一化參考信號V*哪;中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第一歸一化參考信號v*MCJH_第j個(gè)載波?.通過比較器，當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第一歸一化參考信號y\m好m j個(gè)載波?.時(shí)，該比較器輸出高電平；當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第一歸一化參考信號小于第j個(gè)載波6)時(shí)，該比較器輸出低電平；第二路輸出的實(shí)際參考電壓慫除以值為Ud/2的電壓，得到第二路輸出的歸一化參考電壓;第二路輸出的歸一化參考電壓^加上1/3，并減去中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的歸一化誤差放大信號Zl ，得到中開 關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMmJ^第二歸一化參考信號;中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第二歸一化參考信號ν*Μθτ與第j個(gè)載波Cj通過比較器，當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的歸一化參考信號大于第j個(gè)載波?.時(shí)，該比較器輸出高電平；當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第二歸一化參考信號ν*Μθτ小于第j個(gè)載波?.時(shí)，該比較器輸出低電平；所述兩個(gè)比較器的輸出通過異或門，產(chǎn)生中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMw的第二開關(guān)管&的控制電平S.。
[0021]如圖5c所示，所述下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的直流電容的電壓，然后通過PI調(diào)節(jié)，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的直流電容電壓的誤差放大信號Λ Vlo-;流過下開關(guān)組的電流iz通過符號函數(shù)當(dāng)流過下開關(guān)組的電流厶大于O時(shí),符號函數(shù)^>/7輸出為I ;當(dāng)流過下開關(guān)組的電流厶小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的直流電容電壓的誤差放大信號Zl 乘以符號函數(shù)^>/7，然后除以值為Ud/2的電壓，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的歸一化誤差放大信號Λ v*LCJ ;第二路輸出的實(shí)際參考電壓慫除以值為Ud/2的電壓，得到第二路輸出的歸一化參考電壓fb ;第二路輸出的歸一化參考電壓fb減去1/3,并減去下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的歸一化誤差放大信號Zl ，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的歸一化參考信號V*LCj ;下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的歸一化參考信號v*LCj與第j個(gè)載波?.通過比較器，產(chǎn)生下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的第二開關(guān)管&的控制電平Slj,當(dāng)下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的歸一化參考信號v*LCJ小于第j個(gè)載波Cj時(shí)，下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的第二開關(guān)管&的控制電平5^.為高電平；當(dāng)下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的歸一化參考信號v*LCj大于第j個(gè)載波Cj時(shí)，下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元SMu的第二開關(guān)管S2的控制電平Su為低電平。
[0022]以雙輸出單相三開關(guān)組五電平MMC逆變器(N=4)為例，圖6a、6b示出其使用本發(fā)明的控制方法的仿真波形圖。如圖6a所示，依次是第一路輸出的電壓(^)、第一路輸出的電流(i3)、第二路輸出的電壓(^)、第二路輸出的電流(iA)，如圖6b所示，依次是上開關(guān)組的四個(gè)直流電容電壓(Vcm、VCH2, Vcm, Vch4),中開關(guān)組的四個(gè)直流電容電壓(Vcm、VCM2, Vcm3, Vcm4),下開關(guān)組的四個(gè)直流電容電壓VCL2, VCL3, 從圖中可見上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的每個(gè)直流電容的電壓均得到了很好的穩(wěn)定，驗(yàn)證了本發(fā)明的控制方法的有效性。
[0023]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未 背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.雙輸出三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，其特征在于:包括對上開關(guān)組、中開關(guān)組和下開關(guān)組的功率開關(guān)單元的直流電容的電壓控制；采樣上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMHj)的直流電容的電壓(?.)和流過上開關(guān)組的電流(i〃)，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元的直流電容的電壓，其中j的取值為1、；采樣中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的直流電容的電壓(Kicy)和流過中開關(guān)組的電流(i#)，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的直流電容的電壓；采樣下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的直流電容的電壓(?.)和流過下開關(guān)組的電流(厶)，通過電壓反饋和PI調(diào)節(jié)，穩(wěn)定下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的直流電容的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，其特征在于:所述對上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMHj)的直流電容的電壓，然后通過PI調(diào)節(jié)，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMHj)的直流電容電壓的誤差放大信號(A 1?/);流過上開關(guān)組的電流iJn)通過符號函數(shù)isign、，當(dāng)流過上開關(guān)組的電流(4)大于O時(shí)，符號函數(shù)Csi@)輸出為I ;當(dāng)流過上開關(guān)組的電流(4)小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ；上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMHj)的直流電容電壓的誤差放大信號(Zl 乘以符號函數(shù)(^>/7)，然后除以值為Ud/2的電壓，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的歸一化誤差放大信號(Zl /?.);逆變器的第一路輸出的實(shí)際參考電壓0?3)除以值為Ud/2的電壓，得到第一路輸出的歸一化參考電壓(Za);第一路輸出的歸一化參考電壓(f a)加上1/3,并減去上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMHj)的歸一化誤差放大信號(Zl /?.)，得到上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的歸一化參考信號(/?.);上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMllj)的歸一化參考信號(/?.)與第j個(gè)載波(?.)通過比較器，產(chǎn)生上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的第二開關(guān)管(?)的控制電平(5&)，當(dāng)上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的歸一化參考信號(/?.)大于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的第二開關(guān)管(?)的控制電平(5)")為高電平；當(dāng)上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的歸一化參考信號(/?.)小于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，上開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的第二開關(guān)管(?)的控制電平(?)為低電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，其特征在于:所述中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMiu)的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的直流電容的電壓(?.),然后通過PI調(diào)節(jié)，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的直流電容電壓的誤差放大信號流過中開關(guān)組的電流(i#)通過符號函數(shù)(sig/?),當(dāng)流過中開關(guān)組的電流(i#)大于O時(shí),符號函數(shù)Csi@)輸出為I ;當(dāng)流過中開關(guān)組的電流(i#)小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1沖開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的直流電容電壓的誤差放大信號(Zl 乘以符號函數(shù)Csi@)，然后除以值為Ud/2的電壓，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的歸一化誤差放大信號(Zl vUCJ);第一路輸出的實(shí)際參考電壓0?3)除以值為Ud/2的電壓，得到第一路輸出的歸一化參考電壓(礦3);第一路輸出的歸一化參考電壓(礦J加上1/3,并加上中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的歸一化誤差放大信號(Zl /#σ)，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān) 單元(SMw)的第一歸一化參考信號(/?);中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的第一歸一化參考信號(/^)與第j個(gè)載波(?.)通過比較器，當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單兀(SMmj)的第一歸一化參考信號(v*UCJH)大于第j個(gè)載波iC)時(shí),該比較器輸出高電平；當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的第一歸一化參考信號(/^)小于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，該比較器輸出低電平；逆變器的第二路輸出的實(shí)際參考電壓(慫)除以值為ud/2的電壓，得到第二路輸出的歸一化參考電壓(O;第二路輸出的歸一化參考電壓(O加上1/3，并減去中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的歸一化誤差放大信號(Zl /?.)，得到中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的第二歸一化參考信號;中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的第二歸一化參考信號(/#e/Z)與第j個(gè)載波(?.)通過比較器，當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的歸一化參考信號(/?)大于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，該比較器輸出高電平；當(dāng)中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的第二歸一化參考信號(/#G/Z)小于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，該比較器輸出低電平；所述兩個(gè)比較器的輸出通過異或門，產(chǎn)生中開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMw)的第二開關(guān)管(?)的控制電平(S#p。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輸出單相三開關(guān)組MMC逆變器直流電容電壓的控制方法，其特征在于:所述下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的直流電容的電壓控制中，參考電壓減去下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的直流電容的電壓(?.),然后通過PI調(diào)節(jié)，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的直流電容電壓的誤差放大信號(Zl流過下開關(guān)組的電流(iz)通過符號函數(shù)Csi講)，當(dāng)流過下開關(guān)組的電流(iz)大于O時(shí)，符號函數(shù)Csi@)輸出為I ;當(dāng)流過下開關(guān)組的電流(iz)小于O時(shí)，符號函數(shù)輸出為-1 ;下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的直流電容電壓的誤差放大信號(Zl 乘以符號函數(shù)Csi@)，然后除以值為Ud/2的電壓，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的歸一化誤差放大信號(Zl vLCJ);第二路輸出的實(shí)際參考電壓(慫)除以值為Ud/2的電壓，得到第二路輸出的歸一化參考電壓(O ;第二路輸出的歸一化參考電壓(O減去1/3，并減去下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的歸一化誤差放大信號(Zl /ζσ)，得到下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的歸一化參考信號(/&.);下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的歸一化參考信號(/ZG/)與第j個(gè)載波(?.)通過比較器，產(chǎn)生下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的第二開關(guān)管(?)的控制電平(5y)，當(dāng)下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的歸一化參考信號(/&.)小于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的第二開關(guān)管(?)的控制電平CS")為高電平；當(dāng)下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的歸一化參考信號(/&.)大于第j個(gè)載波(?.)時(shí)，下開關(guān)組的第j個(gè)功率開關(guān)單元(SMu)的第二開關(guān)管(?)的控制電平(?.)為低電平。
【文檔編號】H02M7/537GK103956928SQ201410145647
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】張波, 付堅(jiān), 丘東元 申請人:華南理工大學(xué)