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CN112787526A - 模块化多电平变换器二倍频环流抑制方法、系统及控制器 - Google Patents

模块化多电平变换器二倍频环流抑制方法、系统及控制器 Download PDF

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CN112787526A
CN112787526A CN202011073523.0A CN202011073523A CN112787526A CN 112787526 A CN112787526 A CN 112787526A CN 202011073523 A CN202011073523 A CN 202011073523A CN 112787526 A CN112787526 A CN 112787526A
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CN
China
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sub
bridge arm
circulating current
voltage
module
Prior art date
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Application number
CN202011073523.0A
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Inventor
岳雨霏
杨禧
唐欣
王文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha University of Science and Technology
Original Assignee
Changsha University of Science and Technology
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Publication date
Application filed by Changsha University of Science and Technology filed Critical Changsha University of Science and Technology
Priority to CN202011073523.0A priority Critical patent/CN112787526A/zh
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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法、系统及控制器,将模块化多电平变换器的每一相桥臂作为目标对象,根据上、下桥臂的瞬时有功功率提取上、下桥臂之间的能量波动总和与能量波动差值,然后根据能量波动与子模块电容电压之间的关系,提取含电容电压波动分量的子模块电容电压参考值;其次,根据满足交流侧电压输出需求和二倍频谐振环流抑制效果的上、下桥臂电压指令值,提取具有较好的二倍频谐振环流抑制效果的上、下桥臂投入子模块数,以实现对模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制效果的显著改善。本发明解决了现有二倍频环流抑制技术控制稳定性受环流控制器参数影响较大的问题。

Description

模块化多电平变换器二倍频环流抑制方法、系统及控制器
技术领域
本发明涉及模块化多电平变换器控制领域,特别是一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法、系统及控制器。
背景技术
模块化多电平变换器虽然具有模块化程度高、输出电平数高、易扩展等优点,但也存在子模块均压难度大、谐波环流等问题。通过分析现有文献可知,子模块电容电压波动与桥臂瞬时功率相关,波动能量会在桥臂中激发产生二倍频环流,当电气参数满足一定条件时,二倍频环流会发生谐振现象,产生二倍频谐振环流分量,影响模块化多电平变换器运行稳定性,增加系统损耗。已有研究针对二倍频谐振环流的抑制,主要是从环流控制器入手,通过设计不同的环流控制器实现对谐振环流的有效抑制。然而,控制器算法难度的增加,虽然能够提升对二倍频环流的抑制效果,但却使得控制器复杂度提高,增加了控制器的运算量,可能不利于实际运行系统。因此,为了解决上述问题,亟需研究一种在简化控制器复杂度的同时,显著提升二倍频谐振环流抑制效果的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法、系统及控制器,增强二倍频谐振环流的抑制效果。为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,包括以下步骤:
1)根据上桥臂电压upx、上桥臂电流ipx、下桥臂电压unx、下桥臂电流inx,确定上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,其中,x代表模块化多电平变换器任意一相,x=a,b,c;
2)根据上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,计算上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure BDA0002715988720000011
及差值
Figure BDA0002715988720000012
并确定能量波动总和
Figure BDA0002715988720000013
及能量波动差值
Figure BDA0002715988720000014
计算二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
3)根据直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure BDA0002715988720000015
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,计算上桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000021
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000022
4)根据能量波动总和
Figure BDA0002715988720000023
及能量波动差值
Figure BDA0002715988720000024
结合子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,计算上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA0002715988720000025
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA0002715988720000026
5)根据上桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000027
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000028
上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA0002715988720000029
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000210
确定上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx,从而确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块。
利用桥臂能量波动提取含电压波动分量的子模块电容电压理论值,确定模块化多电平换流器上桥臂最终投入子模块和下桥臂最终投入子模块。实现了对模块化多电平换流器二倍频谐振环流的有效抑制。
能量波动总和
Figure BDA00027159887200000211
及能量波动差值
Figure BDA00027159887200000212
的计算公式分别为:
Figure BDA00027159887200000213
Figure BDA00027159887200000214
其中,
Figure BDA00027159887200000215
所述步骤的有益效果是:确定上桥臂和下桥臂的能量波动之和,以及上桥臂和下
桥臂的能量波动之差。以实现对包含电压波动分量的子模块电容电压理论值的精
准求取。
步骤2)中,提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x的具体实现过程包括:
I)利用下式计算环流实际值izx
Figure BDA00027159887200000216
II)采集上、下桥臂所有子模块的电容电压udci,确定所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA00027159887200000217
其中,i代表任意一个子模块,i=1~N;
III)将所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA0002715988720000031
与其给定值之差输入电压反馈控制器,得到环流指令值
Figure BDA0002715988720000032
IV)将环流实际值izx与环流指令值
Figure BDA0002715988720000033
之差输入进行环流误差消除操作,提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
通过上述步骤确定二倍频谐振环流抑制信号,以实现对二倍频谐振环流的进一步有效抑制。
步骤3)中,上桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000034
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000035
的计算公式为:
Figure BDA0002715988720000036
步骤5)中,上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx的计算公式为:
Figure BDA0002715988720000037
通过上述公式确定上桥臂投入子模块数和下桥臂投入子模块数,通过上桥臂的最终投入子模块数和下桥臂的最终投入子模块数,在满足直流输入、交流输出需求的前提下,实现对环流的有效抑制。
步骤5)中,确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块的具体实现过程包括:
A)针对单个桥臂,采集该桥臂所有子模块电容电压,并依据电容电压值由小到大的排序原则,对子模块进行排序;
B)根据该桥臂的桥臂电流充放电方向,结合子模块排序结果,确定最终投入的目标子模块:当桥臂电流为正时,按照由小到大的排序结果,根据需要投入的子模块数,从排序序号1开始将子模块依次投入;当桥臂电流为负时,根据需要投入的子模块数,从排序序号N开始将子模块依次投入。
所述步骤5)的有益效果是:确定上桥臂投入子模块和下桥臂投入子模块。
本发明还提供了一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制系统,其包括处理器;所述处理器被配置或编程为用于执行上述方法的步骤。
所述模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制系统为本发明模块化多电平换流器二倍频环流抑制方法的实施提供硬件环境,以实现所述方法的高效执行。
所述处理器与采集单元通信;所述采集单元用于采集模块化多电平变换器桥臂子模块电容电压和桥臂电流。
所述处理器与采集单元通信用于实现模块化多电平变换器桥臂中所有子模块电容电压信号、桥臂电流信号的实时采集,以实现对电容电压信号和桥臂电流信号的实时采集,保证模块化多电平变换器的稳定运行。
作为一个发明构思,本发明还提供了一种分层控制器,其包括:
第一控制层,用于根据上桥臂电压upx、上桥臂电流ipx、下桥臂电压unx、下桥臂电流inx,确定上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,并根据上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,计算上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure BDA0002715988720000041
及差值
Figure BDA0002715988720000042
确定能量波动总和
Figure BDA0002715988720000043
及能量波动差值
Figure BDA0002715988720000044
其中,x代表模块化多电平变换器任意一相,x=a,b,c;
第二控制层,用于计算二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
第三控制层,用于根据直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure BDA0002715988720000045
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,计算上桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000046
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000047
第四控制层,用于根据能量波动总和
Figure BDA0002715988720000048
及能量波动差值
Figure BDA0002715988720000049
结合子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,计算上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000410
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000411
输出层,用于根据第三层控制层输出的上桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000412
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000413
第四层控制层输出的上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000414
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000415
确定上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx,进而确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块。
本发明针对每一相桥臂,利用上桥臂和下桥臂的能量波动总和与差值确定考虑电压波动分量的子模块电容电压理论值,利用二倍频谐振环流抑制信号确定上桥臂用于抑制二倍频谐振环流的最终电压指令值和下桥臂用于抑制二倍频谐振环流的最终电压指令值,并在最终输出端确定实现二倍频谐振环流抑制的上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块。在满足直流输入、交流输出需求的前提下,实现对环流的有效抑制。
所述第二控制层计算二倍频谐振环流抑制信号uz2_x的具体实现过程包括:
I)利用下式计算环流实际值izx
Figure BDA0002715988720000051
II)采集上、下桥臂所有子模块的电容电压udci,确定所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA0002715988720000052
其中,i代表任意一个子模块,i=1~N;
III)将所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA0002715988720000053
与其给定值之差输入电压反馈控制器,得到环流指令值
Figure BDA0002715988720000054
IV)将环流实际值izx与环流指令值
Figure BDA0002715988720000055
之差输入进行环流误差消除操作,提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:
1)本发明在子模块电容电压参考值中考虑电压波动分量,同时通过在上、下桥臂最终的投入子模块数中引入二倍频谐振环流抑制的控制量,显著增强了二倍频谐振环流的抑制效果,解决了现有二倍频环流抑制技术控制稳定性受环流控制器参数影响较大的问题;
2)本发明方法采用能量总和及差值、二倍频谐振环流抑制量、桥臂电压指令值、子模块电容电压指令值的分层控制器,使得子模块电容电压指令值更接近实际值,提高了控制系统动态响应性能。
附图说明
图1是用于本发明模块化多电平变换器拓扑结构图;
图2是本发明一实施例模块化多电平变换器子模块的电路原理图;
图3是本发明一实施例模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法流程框图;
图4是本发明一实施例二倍频谐振环流抑制方法引入前后的仿真波形图。
具体实施方式
本发明实施例包括以下步骤:
步骤1、根据上桥臂电压upx、上桥臂电流ipx、下桥臂电压unx、下桥臂电流inx,确定上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,其中,x代表任意一相,x=a,b,c;
步骤2、根据上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,提取上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure BDA0002715988720000061
及差值
Figure BDA0002715988720000062
并利用积分原理确定第一层控制量,包括能量波动总和
Figure BDA0002715988720000063
及能量波动差值
Figure BDA0002715988720000064
步骤3、确定第二层控制量,即提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
步骤4、根据直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure BDA0002715988720000065
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,确定第三层控制量,即提取上桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000066
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000067
步骤5、根据第一层控制量
Figure BDA0002715988720000068
Figure BDA0002715988720000069
结合子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,确定第四层控制量,即提取上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000610
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000615
步骤6、根据第三层控制量上桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000611
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000612
第四层控制量上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000613
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000614
确定上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx,确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块。
步骤1中,根据公式(1)确定上桥臂瞬时有功功率ppx
ppx=upx×ipx (1)
根据公式(2)确定下桥臂瞬时有功功率pnx
pnx=unx×inx (2)。
步骤2中,根据公式(3)确定上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure BDA0002715988720000071
Figure BDA0002715988720000072
根据公式(4)确定上、下桥臂瞬时有功功率的差值
Figure BDA0002715988720000073
Figure BDA0002715988720000074
根据公式(5)确定第一层控制量上、下桥臂瞬时能量波动的总和
Figure BDA0002715988720000075
Figure BDA0002715988720000076
根据公式(6)确定第一层控制量上、下桥臂瞬时能量波动的差值
Figure BDA0002715988720000077
Figure BDA0002715988720000078
步骤3的实现过程包括:
1)利用配置于上、下桥臂的电流传感器测量得到上桥臂电流ipx和下桥臂电流inx
2)根据公式(7)提取环流实际值izx
Figure BDA0002715988720000079
3)通过子模块电压传感器采集上、下桥臂所有子模块的电容电压udci,确定所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA00027159887200000710
其中,i代表任意一个子模块,i=1~N;
4)将所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA00027159887200000711
与其给定值之差输入电压反馈控制器,得到环流指令值
Figure BDA00027159887200000712
5)将环流实际值izx与环流指令值
Figure BDA00027159887200000713
之差输入低频环流抑制控制器,提取第二层控制量二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
步骤4中,根据模块化多电平变换器的等效数学模型确定满足交流侧电压输出需求和二倍频谐振环流抑制效果的第三层控制量,上桥臂电压指令值
Figure BDA00027159887200000714
和下桥臂电压指令值
Figure BDA00027159887200000715
模块化多电平变换器的等效数学模型的具体方式为:利用直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure BDA00027159887200000716
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,根据公式(8)提取第三层控制量上桥臂电压指令值
Figure BDA0002715988720000081
和下桥臂电压指令值
Figure BDA0002715988720000082
Figure BDA0002715988720000083
步骤5中,根据公式(9),结合第一层控制量
Figure BDA0002715988720000084
Figure BDA0002715988720000085
给定的子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,确定第四层控制量,即上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA0002715988720000086
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA0002715988720000087
Figure BDA0002715988720000088
步骤6的实现过程包括:
1)结合第三层控制量上桥臂最终电压指令值
Figure BDA0002715988720000089
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000810
第四层控制量上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000811
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000812
根据公式(10),确定上桥臂最终投入子模块数Npx
Figure BDA00027159887200000813
根据公式(11)确定下桥臂最终投入子模块数Nnx
Figure BDA00027159887200000814
2)针对单个桥臂,利用电压传感器采集该桥臂所有子模块电容电压,并依据电容电压值由小到大的排序原则,对子模块进行排序,电容电压较小的子模块对应的排序序号较小;
3)根据该桥臂的桥臂电流充放电方向(以充电方向为正,放电方向为负),结合子模块排序结果,确定最终投入的目标子模块:当桥臂电流为正时,选择排序序号较小的子模块作为最终的投入子模块;当桥臂电流为负时,选择排序序号较大的子模块作为最终的投入子模块。
图1所示为用于本发明的现有模块化多电平变换器拓扑结构图。图1中,模块化多电平变换器由三相桥臂并联构成,每相桥臂由上、下两个桥臂通过滤波电抗器L和桥臂电阻R串联组成,输入侧为直流电压,输出侧为三相交流电压;每个桥臂由N个子模块级联构成,本发明以每一相桥臂作为控制对象,则上桥臂电压为upx,下桥臂电压为unx;上桥臂电流为ipx,下桥臂电流为inx
图2所示为模块化多电平变换器子模块的电路原理图。图中,半桥子模块由2个串联的功率开关器件T1(D1)、T2(D2)和电容器C并联构成,每个功率开关器件分别由一个IGBT(T1、T2)和一个反并联二极管(D1、D2)构成,若设置每个子模块的开关信号为si(i=1~N),当T1导通时,si=1,当T2导通时,si=0;设电容电压为udci,则功率单元的输出电压uci与开关信号之间的关系为
Figure BDA0002715988720000091
图3所示为本发明实施例模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法流程框图。图中,首先根据上桥臂电压upx、上桥臂电流ipx、下桥臂电压unx、下桥臂电流inx,提取得到上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx;其次,根据上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,提取上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure BDA0002715988720000092
及差值
Figure BDA0002715988720000093
并利用积分原理提取第一层控制量,即能量波动总和
Figure BDA0002715988720000094
及能量波动差值
Figure BDA0002715988720000095
第三步,将所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure BDA0002715988720000096
与其给定值之差输入电压反馈控制器,得到环流指令值
Figure BDA0002715988720000097
将环流实际值izx与环流指令值
Figure BDA0002715988720000098
之差输入低频环流抑制控制器,提取第二层控制量二倍频谐振环流抑制信号uz2_x;第四步,根据直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure BDA0002715988720000099
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,提取第三层控制量,即上桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000910
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000911
第五步,根据第一层控制量
Figure BDA00027159887200000912
Figure BDA00027159887200000913
结合子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,确定第四层控制量,即提取上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000914
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000915
第五步,根据第三层控制量上桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000916
和下桥臂最终电压指令值
Figure BDA00027159887200000917
第四层控制量上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000918
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure BDA00027159887200000919
确定上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx;最后,根据子模块电容电压排序结果,确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块,投入的子模块PWM信号设置为1,未投入的子模块PWM信号设置为0。
图4所示为本发明实施例二倍频谐振环流抑制方法引入前后的仿真波形图。图4以a相作为目标对象,给出了不同有源虚拟阻抗值下的仿真波形,0.2s之前未引入所述基于分层控制的模块化多电平变换器二倍频谐振抑制方法,0.2s开始,引入所述基于分层控制的模块化多电平变换器二倍频谐振抑制方法。图中仿真波形包括:上桥臂第一个子模块的电容电压波形udc1_pa、下桥臂第一个子模块的电容电压波形udc1_na、环流iza、交流侧输出电流io及其THD值。由图4仿真结果可知:0.2s之前,所提基于分层控制的模块化多电平变换器二倍频谐振抑制方法,二倍频谐振环流幅值为1.45A;0.2s后,二倍频谐振环流幅值降为0.02A。输出电流THD值维持在0.6%附近,输出谐波特性较好,说明所提基于分层控制的模块化多电平变换器二倍频谐振抑制方法能够保证模块化多电平变换器输出特性较好的前提下,显著抑制二倍频谐振环流,提高系统运行稳定性。

Claims (10)

1.一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)根据上桥臂电压upx、上桥臂电流ipx、下桥臂电压unx、下桥臂电流inx,确定上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,其中,x代表模块化多电平变换器任意一相,x=a,b,c;
2)根据上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,计算上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure FDA0002715988710000011
及差值
Figure FDA0002715988710000012
并确定能量波动总和
Figure FDA0002715988710000013
及能量波动差值
Figure FDA0002715988710000014
计算二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
3)根据直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure FDA0002715988710000015
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,计算上桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000016
和下桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000017
4)根据能量波动总和
Figure FDA0002715988710000018
及能量波动差值
Figure FDA0002715988710000019
结合子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,计算上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA00027159887100000110
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA00027159887100000111
5)根据上桥臂最终电压指令值
Figure FDA00027159887100000112
和下桥臂最终电压指令值
Figure FDA00027159887100000113
上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA00027159887100000114
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA00027159887100000115
确定上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx,从而确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,其特征在于,能量波动总和
Figure FDA00027159887100000116
及能量波动差值
Figure FDA00027159887100000117
的计算公式分别为:
Figure FDA00027159887100000118
Figure FDA0002715988710000021
其中,
Figure FDA0002715988710000022
3.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,其特征在于,步骤2)中,提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x的具体实现过程包括:
I)利用下式计算环流实际值izx
Figure FDA0002715988710000023
II)采集上、下桥臂所有子模块的电容电压udci,确定所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure FDA0002715988710000024
其中,i代表任意一个子模块,i=1~N;
III)将所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure FDA0002715988710000025
与其给定值之差输入电压反馈控制器,得到环流指令值
Figure FDA0002715988710000026
IV)将环流实际值izx与环流指令值
Figure FDA0002715988710000027
之差进行环流误差消除操作,提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
4.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,其特征在于,步骤3)中,上桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000028
和下桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000029
的计算公式为:
Figure FDA00027159887100000210
5.根据权利要求1~4之一所述的模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,其特征在于,步骤5)中,上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx的计算公式为:
Figure FDA00027159887100000211
6.根据权利要求5所述的模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制方法,其特征在于,步骤5)中,确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块的具体实现过程包括:
A)针对单个桥臂,采集该桥臂所有子模块电容电压,并依据电容电压值由小到大的排序原则,对子模块进行排序;
B)根据该桥臂的桥臂电流充放电方向,结合子模块排序结果,确定最终投入的目标子模块:当桥臂电流为正时,按照由小到大的排序结果,根据需要投入的子模块数,从序号最小的子模块开始依次投入子模块;当桥臂电流为负时,根据需要投入的子模块数,从序号最大的子模块开始依次投入子模块。
7.一种模块化多电平变换器二倍频谐振环流抑制系统,其特征在于,包括处理器;所述处理器被配置或编程为用于执行权利要求1~6之一所述方法的步骤。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述处理器与采集单元通信;所述采集单元用于采集模块化多电平变换器桥臂子模块电容电压和桥臂电流。
9.一种分层控制器,其特征在于,包括:
第一控制层,用于根据上桥臂电压upx、上桥臂电流ipx、下桥臂电压unx、下桥臂电流inx,确定上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,并根据上桥臂瞬时有功功率ppx和下桥臂瞬时有功功率pnx,计算上、下桥臂瞬时有功功率的总和
Figure FDA0002715988710000031
及差值
Figure FDA0002715988710000032
确定能量波动总和
Figure FDA0002715988710000033
及能量波动差值
Figure FDA0002715988710000034
其中,x代表模块化多电平变换器任意一相,x=a,b,c;
第二控制层,用于计算二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
第三控制层,用于根据直流侧电压Udc、交流侧输出电压指令值
Figure FDA0002715988710000035
二倍频谐振环流抑制信号uz2_x,计算上桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000036
和下桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000037
第四控制层,用于根据能量波动总和
Figure FDA0002715988710000038
及能量波动差值
Figure FDA0002715988710000039
结合子模块电容电压额定值UcN、子模块电容值C、每个桥臂级联子模块数N,计算上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA00027159887100000310
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA0002715988710000041
输出层,用于根据第三层控制层输出的上桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000042
和下桥臂最终电压指令值
Figure FDA0002715988710000043
第四层控制层输出的上桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA0002715988710000044
和下桥臂含电压波动值的子模块电容电压
Figure FDA0002715988710000045
确定上桥臂最终投入子模块数Npx和下桥臂最终投入子模块数Nnx,进而确定上桥臂最终投入的子模块和下桥臂最终投入的子模块。
10.根据权利要求9所述的分层控制器,其特征在于,所述第二控制层计算二倍频谐振环流抑制信号uz2_x的具体实现过程包括:
I)利用下式计算环流实际值izx
Figure FDA0002715988710000046
II)采集上、下桥臂所有子模块的电容电压udci,确定所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure FDA0002715988710000047
其中,i代表任意一个子模块,i=1~N;
III)将所有子模块的电容电压之和的稳态值
Figure FDA0002715988710000048
与其给定值之差输入电压反馈控制器,得到环流指令值
Figure FDA0002715988710000049
IV)将环流实际值izx与环流指令值
Figure FDA00027159887100000410
之差进行环流误差消除操作,提取二倍频谐振环流抑制信号uz2_x
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