一種三相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種三相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家對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)越來越普及，高壓輸電成為一種大勢所趨。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關(guān)管，這樣雖然能提高系統(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模塊級聯(lián)的方法，通過此方法有效的解決了開關(guān)器 件耐壓的問題，通過將每個模塊的電壓級聯(lián)并用正確的控制方法即可實現(xiàn)大范圍的電壓應(yīng) 用問題。此種變換器由于高度的模塊化，因此可以實現(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，而這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改變調(diào)制策略使同一臺設(shè)備分為處于整流或者逆 變的不同模式，無論是高壓直流還是高壓交流輸電，這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)，所以這種變換器在國內(nèi)外已經(jīng)普遍投入使用。
[0004] 雖然模塊化多電平變換器實現(xiàn)了大范圍電壓應(yīng)用的問題，但是其輸出電流仍然受 到開關(guān)管得限制，輸出電流大小仍然受限。為了解決這一問題，可以采用將模塊化多電平變 換器并聯(lián)的方法以解決這一問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型公開了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，本實用新型通過模塊化多電平變換器并聯(lián)的方法實現(xiàn)變換器輸出電 流范圍的增加。通過這種并聯(lián)的方法可實現(xiàn)大范圍的電壓和電流應(yīng)用問題。本實用新型還 提出一種適用于模塊化多電平逆變器并聯(lián)的控制方法。通過這種控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化 多電平逆變器并聯(lián)控制，效果理想。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的具體方案如下：
[0007] -種三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臺相 并聯(lián)的三相模塊化逆變器相并聯(lián)，每臺三相模塊化逆變器包括三相橋臂，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)對稱，均包括n個串聯(lián)的子模塊和靠近中性點的電 感，其中每個子模塊內(nèi)包括兩個串聯(lián)的開關(guān)管和一個與該兩個串聯(lián)的開關(guān)管相并聯(lián)的電 容，每相橋臂的中性點經(jīng)濾波器連接后并網(wǎng)，每個子模塊的開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)均受相應(yīng)的 觸發(fā)信號控制；
[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)；同時檢測每個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子模 塊。
[0009] 每個三相模塊化逆變器前端各有兩個相串聯(lián)的電容，這兩個相串聯(lián)的電容與三相 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] 所述開關(guān)管為IGBT管。
[0012] -種三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N臺三相模塊化逆變器的輸出電流進行坐標(biāo)變換，將其從三維坐標(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臺三相模塊化逆變器的dq坐標(biāo)系下的電流值通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到調(diào)制 波，通過控制其中N-I臺逆變器的零序電流來抑制變換器之間的環(huán)流；
[0015] 對每臺三相模塊化逆變器應(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)；同時檢測每個橋臂 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子模塊。
[0016] 上述三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，對電網(wǎng)電 壓進行鎖相，得到三相電網(wǎng)相角；通過相角來實現(xiàn)電流與電網(wǎng)電壓同相，使得系統(tǒng)時刻獲得 最大的功率因數(shù)。
[0017] 進一步的，通過對N臺三相模塊化逆變器在dq坐標(biāo)系下的電流進行控制，分別通 過PI環(huán)節(jié)控制電流id、;^，使id成為目標(biāo)電流，使iq的值為0,而對于N臺變換器中的N-I 臺變換器，通過控制零序電流來抑制變換器之間的環(huán)流，其中ia+ib+i。作為零序電流，通過 PI環(huán)節(jié)使N-I臺變換器的零序電流為零。
[0018] 更進一步的，當(dāng)電流方向為對投入子模塊充電時，檢測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)定個數(shù)的子模塊投入到系統(tǒng)中，就會使這些子模塊的電容 充電；當(dāng)電流方向為對投入子模塊放電時，檢測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)定個數(shù)的子模塊投入到系統(tǒng)中，就會使這些子模塊的電容放電。
[0019] 本實用新型的有益效果：
[0020] 1.傳統(tǒng)單臺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 本實用新型能夠通過多臺變換器的并聯(lián)實現(xiàn)輸出電流的增大；
[0021] 2.本實用新型提出適合多臺模塊化多電平逆變器并聯(lián)的控制策略，實現(xiàn)對每臺變 換器的輸出電流大小進行特定的控制；
[0022] 3.本實用新型提出的控制策略有效的解決了多臺變換器之間的環(huán)流問題，通過控 制N-I臺變換器的零序電流的來實現(xiàn)解決多臺變換器之間的環(huán)流問題。
【附圖說明】
[0023] 圖Ia為本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖Ib為SMn的電路流向示意圖；
[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；
[0025] 圖2b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；
[0026] 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三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三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)流抑制的三維坐標(biāo)系下第一臺變換器輸出電壓及電流波形；
[0033] 圖4b為加入環(huán)流抑制的三維坐標(biāo)系下第一臺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)系下第一臺變換器輸出電流波形；
[0035] 圖5b為加入環(huán)流抑制的二維dq坐標(biāo)系下第一臺變換器輸出電流波形；
[0036] 圖6a為未加入環(huán)流抑制的三維坐標(biāo)系下第二臺變換器輸出電壓及電流波形；
[0037] 圖6b為加入環(huán)流抑制的三維坐標(biāo)系下第二臺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)系下第二臺變換器輸出電流波形；
[0039] 圖7b為加入環(huán)流抑制的二維dq坐標(biāo)系下第二臺變換器輸出電流波形；
[0040] 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。
【具體實施方式】：
[0042] 下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)說明：
[0043] 如圖Ia-圖Ib所示一種三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臺相并聯(lián)的三相模塊化逆變器相并聯(lián)，每臺三相模塊化逆變器包括三相橋臂， 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)對稱，均包括n個串聯(lián)的子模塊和 靠近中性點的電感，其中每個子模塊內(nèi)包括兩個串聯(lián)的IGBT管和一個與該兩個串聯(lián)的 IGBT管相并聯(lián)的電容，每相橋臂的中性點經(jīng)濾波器連接后并網(wǎng)，每個子模塊均與控制器相 連；
[0044] 在任一橋臂，控制器根據(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)；控制器檢測每個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 哪個子模塊。每個三相模塊化逆變器前端各有兩個相串聯(lián)的電容，這兩個相串聯(lián)的電容與 三相模塊化逆變器相并聯(lián)。輸入電源還包括與之相串聯(lián)的電阻。濾波器為L濾波電路。中 性點按照相分別標(biāo)記為a、b和c。輸出電源分別為uA、叫和uc。
[0045] -種三相模塊化多電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，包括：
[0046] (1)對模塊化多電平逆變器進行并聯(lián)組合；
[0047] (2)對電網(wǎng)電壓進行鎖相，得到三相電網(wǎng)相角；
[0048] (3)分別對N(N>1)臺逆變器輸出電流進行坐標(biāo)變換，將其從三維坐標(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；
[0049] (4)將N臺三相模塊化逆變器的dq坐標(biāo)系下的電流值通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到調(diào) 制波，通過控制其中N-I臺逆變器的零序電流來抑制三相模塊化逆變器之間的環(huán)流；
[0050] (5)對每臺三相模塊化逆變器應(yīng)用半橋臂子模塊電容電壓均衡原理，根據(jù)電流處 于給子模塊電容充電還是放電模式，選擇相應(yīng)的子模塊投入系統(tǒng)。
[0051] 所述步驟（1)中，每臺三相模塊化逆變器前端各有兩個電容，這兩個電容與直流 電源相連，每臺三相模塊化逆變器中abc三相各相上、下橋臂都有一個電感Lmi將多臺三相 模塊化逆變器進行并聯(lián)組合，每臺三相模塊化逆變器輸出電流都經(jīng)過電感L濾波器進行濾 波，兩臺三相模塊化逆變器濾波后的電流都直接和電網(wǎng)相連，三相電網(wǎng)電壓的負(fù)端直接接 地。兩臺三相模塊化逆變器公用一個直流電源，由于實際應(yīng)用中直流電源含有內(nèi)阻，因此為 了仿真的真實性，在本電路中采用一個直流電源串連一個阻值很小的電阻代替真實的直流 電源。
[0052] 所述步驟（2)中，通過對電網(wǎng)電壓進行鎖相來獲得相角，這樣就可以通過相角來 實現(xiàn)電流與電網(wǎng)電壓同相，使得系統(tǒng)時刻獲得最大的功率因數(shù)?！揪唧w實施方式】如下：
[0053] 首先，將三相電網(wǎng)電壓ua、ub、u。通過3-2變換將其從三維坐標(biāo)系變換到二維a0 坐標(biāo)系，得
[0054]
其中ua、ub、Uc為電 網(wǎng)電壓，UpUfi為電網(wǎng)電壓在二維a0坐標(biāo)系下的值。
[0055]
其中ua、Ufi為電網(wǎng)電壓在二維 aP坐標(biāo)系下的值，cot為電網(wǎng)電壓相角，得到了電網(wǎng)電壓的相角。
[0056] 所述步驟（3)中，首先通過將每臺三相模塊化逆變器的電流經(jīng)過坐標(biāo)變換從三維 坐標(biāo)系變換到a0