一種三相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種=相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)家對(duì)新能源的重視程度不斷增加，光伏產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展非常迅速，提高電 能質(zhì)量、減少諧波污染、提高發(fā)電系統(tǒng)的效率及功率是目前各種逆變器的重要參數(shù)。近幾年 高壓輸電技術(shù)越來(lái)越普及，高壓輸電成為一種大勢(shì)所趨。傳統(tǒng)提高系統(tǒng)耐壓的方法是選擇 耐高壓的器件作為變換器的開(kāi)關(guān)管，運(yùn)樣雖然能提高系統(tǒng)耐壓，但提升空間有限，而且容易 造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此選擇其他方法增加系統(tǒng)耐壓異常重要。
[0003] 模塊化多電平變換器采用多個(gè)模塊級(jí)聯(lián)的方法，通過(guò)此方法有效的解決了開(kāi)關(guān)器 件耐壓的問(wèn)題，通過(guò)將每個(gè)模塊的電壓級(jí)聯(lián)并用正確的控制方法即可實(shí)現(xiàn)大范圍的電壓應(yīng) 用問(wèn)題。此種變換器由于高度的模塊化，因此可W實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可伸縮性。目前高壓輸電分 為高壓直流和高壓交流輸電，而運(yùn)種變換器不僅能夠應(yīng)用于高壓直流而且同樣能夠應(yīng)用于 高壓交流輸電中，而且此變換器能夠通過(guò)改變調(diào)制策略使同一臺(tái)設(shè)備分為處于整流或者逆 變的不同模式，無(wú)論是高壓直流還是高壓交流輸電，運(yùn)種變換器都能在輸電系統(tǒng)兩端處于 整流或者逆變的工作狀態(tài)，所W運(yùn)種變換器在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)普遍投入使用。
[0004] 雖然模塊化多電平變換器實(shí)現(xiàn)了大范圍電壓應(yīng)用的問(wèn)題，但是其輸出電流仍然受 到開(kāi)關(guān)管得限制，輸出電流大小仍然受限。為了解決運(yùn)一問(wèn)題，可W采用將模塊化多電平變 換器并聯(lián)的方法W解決運(yùn)一問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種=相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系 統(tǒng)及其控制方法，本發(fā)明通過(guò)模塊化多電平變換器并聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)變換器輸出電流范圍的 增加。通過(guò)運(yùn)種并聯(lián)的方法可實(shí)現(xiàn)大范圍的電壓和電流應(yīng)用問(wèn)題。本發(fā)明還提出一種適用 于模塊化多電平逆變器并聯(lián)的控制方法。通過(guò)運(yùn)種控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化多電平逆變器 并聯(lián)控制，效果理想。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] 一種=相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，包括輸入電源，所述輸入電源與N臺(tái)相 并聯(lián)的=相模塊化逆變器相并聯(lián)，每臺(tái)=相模塊化逆變器包括=相橋臂，每相橋臂包括上 橋臂及下橋臂，且上橋臂及下橋臂結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，均包括n個(gè)串聯(lián)的子模塊和靠近中性點(diǎn)的電 感，其中每個(gè)子模塊內(nèi)包括兩個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管和一個(gè)與該兩個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管相并聯(lián)的電 容，每相橋臂的中性點(diǎn)經(jīng)濾波器連接后并網(wǎng)，每個(gè)子模塊的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)均受相應(yīng)的 觸發(fā)信號(hào)控制；
[0008] 在任一橋臂，根據(jù)橋臂電流的方向控制被投入子模塊的電容是充電狀態(tài)還是放電 狀態(tài)；同時(shí)檢測(cè)每個(gè)橋臂子模塊電容電壓的值，然后根據(jù)橋臂電流方向決定投入哪個(gè)子模 塊。
[0009] 每個(gè)=相模塊化逆變器前端各有兩個(gè)相串聯(lián)的電容，運(yùn)兩個(gè)相串聯(lián)的電容與=相 模塊化逆變器相并聯(lián)。
[0010] 所述輸入電源還包括與之相串聯(lián)的電阻。
[0011] 所述開(kāi)關(guān)管與IGBT管。
[0012] 一種=相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，包括：
[0013] 對(duì)N臺(tái)=相模塊化逆變器的輸出電流進(jìn)行坐標(biāo)變換，將其從=維坐標(biāo)系變換到 a0坐標(biāo)系下，最終將電流變換到dq坐標(biāo)系下；
[0014] 將N臺(tái)=相模塊化逆變器的dq坐標(biāo)系下的電流值通過(guò)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到調(diào)制 波，通過(guò)控制其中N-I臺(tái)逆變器的零序電流來(lái)抑制變換器之間的環(huán)流；
[0015] 對(duì)每臺(tái)=相模塊化逆變器應(yīng)用半橋臂子模塊電容電壓均衡原理，在任一橋臂，根 據(jù)橋臂電流的方向控制被投入子模塊的電容是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)；同時(shí)檢測(cè)每個(gè)橋臂 子模塊電容電壓的值，然后根據(jù)橋臂電流方向決定投入哪個(gè)子模塊。
[0016] 上述S相模塊化多電平逆變系統(tǒng)的控制方法，優(yōu)選的，在坐標(biāo)變換之前，對(duì)電網(wǎng)電 壓進(jìn)行鎖相，得到=相電網(wǎng)相角；通過(guò)相角來(lái)實(shí)現(xiàn)電流與電網(wǎng)電壓同相，使得系統(tǒng)時(shí)刻獲得 最大的功率因數(shù)。
[0017] 進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)N臺(tái)=相模塊化逆變器在dq坐標(biāo)系下的電流進(jìn)行控制，分別通 過(guò)PI環(huán)節(jié)控制電流id、iq，使id成為目標(biāo)電流，使iq的值為0,而對(duì)于N臺(tái)變換器中的N-I 臺(tái)變換器，通過(guò)控制零序電流來(lái)抑制變換器之間的環(huán)流，其中ig+ib+i。作為零序電流，通過(guò) PI環(huán)節(jié)使N-I臺(tái)變換器的零序電流為零。
[0018] 更進(jìn)一步的，當(dāng)電流方向?yàn)閷?duì)投入子模塊充電時(shí)，檢測(cè)橋臂中各子模塊的電容電 壓，選擇相應(yīng)電壓從低到高的設(shè)定個(gè)數(shù)的子模塊投入到系統(tǒng)中，就會(huì)使運(yùn)些子模塊的電容 充電；當(dāng)電流方向?yàn)閷?duì)投入子模塊放電時(shí)，檢測(cè)橋臂中各子模塊的電容電壓，選擇相應(yīng)電壓 從高到低的設(shè)定個(gè)數(shù)的子模塊投入到系統(tǒng)中，就會(huì)使運(yùn)些子模塊的電容放電。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 1.傳統(tǒng)單臺(tái)模塊化多電平逆變器雖然系統(tǒng)工作電壓較高，但是輸出電流有限，而 本發(fā)明能夠通過(guò)多臺(tái)變換器的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)輸出電流的增大；
[0021] 2.本發(fā)明提出適合多臺(tái)模塊化多電平逆變器并聯(lián)的控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)變換器 的輸出電流大小進(jìn)行特定的控制；
[0022] 3.本發(fā)明提出的控制策略有效的解決了多臺(tái)變換器之間的環(huán)流問(wèn)題，通過(guò)控制 N-I臺(tái)變換器的零序電流的來(lái)實(shí)現(xiàn)解決多臺(tái)變換器之間的環(huán)流問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2a為模塊化多電平逆變器各子模塊的工作方式一下第一種電流流向示意圖； [00巧]圖化為模塊化多電平逆變器各子模塊的工作方式一下第二種電流流向示意圖； [00%] 圖2c為模塊化多電平逆變器各子模塊的工作方式二下第一種電流流向示意圖；
[0027] 圖2d為模塊化多電平逆變器各子模塊的工作方式二下第二種電流流向示意圖；
[0028] 圖2e為模塊化多電平逆變器各子模塊的工作方式=下第一種電流流向示意圖；
[0029] 圖2f為模塊化多電平逆變器各子模塊的工作方式=下第二種電流流向示意圖；
[0030] 圖3a為某一橋臂的子模塊電容電壓排序原理圖；
[0031] 圖3b為某一橋臂的子模塊電容電壓數(shù)值排序原理圖；
[0032] 圖4a為未加入環(huán)流抑制的S維坐標(biāo)系下第一臺(tái)變換器輸出電壓及電流波形；
[0033] 圖4b為加入環(huán)流抑制的=維坐標(biāo)系下第一臺(tái)變換器輸出電壓及電流波形；
[0034] 圖5a為未加入環(huán)流抑制的二維dq坐標(biāo)系下第一臺(tái)變換器輸出電流波形；
[0035] 圖化為加入環(huán)流抑制的二維dq坐標(biāo)系下第一臺(tái)變換器輸出電流波形；
[0036] 圖6a為未加入環(huán)流抑制的S維坐標(biāo)系下第二臺(tái)變換器輸出電壓及電流波形；
[0037] 圖化為加入環(huán)流抑制的=維坐標(biāo)系下第二臺(tái)變換器輸出電壓及電流波形；
[0038] 圖7a為未加入環(huán)流抑制的二維dq坐標(biāo)系下第二臺(tái)變換器輸出電流波形；
[0039] 圖化為加入環(huán)流抑制的二維dq坐標(biāo)系下第二臺(tái)變換器輸出電流波形； W40] 圖8a為未加入環(huán)流抑制的電網(wǎng)側(cè)電壓和電流波形；
[0041] 圖8b為加入環(huán)流抑制的電網(wǎng)側(cè)電壓和電流波形。
【具體實(shí)施方式】：
[0042] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[00創(chuàng)如圖1所示，一種立相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，包括輸入電源，所述輸入電 源與N臺(tái)相并聯(lián)的=相模塊化逆變器相并聯(lián)，每臺(tái)=相模塊化逆變器包括=相橋臂，每相 橋臂包括上橋臂及下橋臂，且上橋臂及下橋臂結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，均包括n個(gè)串聯(lián)的子模塊和靠近 中性點(diǎn)的電感，其中每個(gè)子模塊內(nèi)包括