申请/专利权人：山东理工大学

申请日：2023-09-01

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN117134595B

主分类号：H02M1/14

分类号：H02M1/14;H02M1/00;H02M1/32;H02M7/219

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2023.12.15#实质审查的生效;2023.11.28#公开

摘要：混合型MMC器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，属于电力电子技术领域。半桥子模块电容纹波电压降低最多为约束计算二倍频环流注入的幅值和初始相位；遍历半桥子模块在桥臂电流为负区间内充放电电荷量最小时，满足子模块电容电压均衡的桥臂中半桥子模块输出电压指令值，并分别计算其对应的最大主动旁路半桥子模块个数，选择其中的极大值；计算全桥T2管损耗、半桥子模块T2管损耗、全桥子模块电容纹波电压ΔuCF和ΔuCH；在满足ΔPT2HΔPT2F且ΔuCHΔuCF的主动旁路子模块个数Nsur区间内，选择最佳的Nsur。本发明兼顾了半桥子模块T2管损耗的降低与电容纹波电压的减小，提高可靠性的同时提高了功率密度。

主权项：1.混合型MMC器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法，其特征在于：包括如下步骤：S1通过二倍频环流控制器向桥臂电流中注入幅值为2+m-m2Idc3*m1+m，初始相位为-π2的二倍频环流；其中，m为调制比且其值为2UmUdc，Um为交流侧相电压幅值、Udc为直流侧额定电压，Idc为直流侧额定电流；S2以稳态下半桥子模块在桥臂电流为负区间放电的电荷量最小为约束，遍历满足子模块电容电压稳定的全部全桥子模块的输出电压指令值和全部半桥子模块的输出电压指令值的组合，并计算各种情况下的最大主动旁路半桥子模块个数，选择其中的极大值，记这个值为Nsur_max；S3根据S2中Nsur_max对应的桥臂中所有全桥子模块和所有半桥子模块的电压输出指令值，旁路半桥子模块个数在[0,Nsur_max]区间内，分别计算全桥子模块T2管总损耗PT2F、半桥子模块T2管总损耗PT2H、全桥子模块电容纹波电压ΔuCF和半桥子模块的电容纹波电压ΔuCH；其中，全桥子模块包含绝缘栅双极晶体管IGBTT1-T4、二极管D1-D4以及电容C，绝缘栅双极晶体管T1、T3的集电极与二极管D1、D3的阴极共同连接于电容C的正极；绝缘栅双极晶体管T2、T4的发射极与二极管D2、D4的阳极共同连接于电容C的负极；绝缘栅双极晶体管T1的发射极、绝缘栅双极晶体管T2的集电极、二极管D1的阳极以及二极管D2的阴极共同连接于全桥子模块的上部输入端；T3的发射极、T4的集电极、二极管D3的阳极及二极管D4的阴极共同连接于全桥子模块的下部输入端；半桥子模块包含两个绝缘栅双极晶体管T1-T2、二极管D1-D2、电容C以及双向晶闸管SCR，绝缘栅双极晶体管T1的集电极与二极管D1的阴极共同连接于电容C的正极；绝缘栅双极晶体管T2的发射极与二极管D2的阳极共同连接于电容C的负极；绝缘栅双极晶体管T1的发射极、绝缘栅双极晶体管T2的集电极、二极管D1的阳极以及二极管D2的阴极共同连接于半桥子模块的上部输入端；绝缘栅双极晶体管T2的发射极以及二极管D2的阳极共同连接于半桥子模块的下部输入端；双向晶闸管SCR接于两个输入端之间；S4以同时满足PT2HPT2F且ΔuCHΔuCF为约束条件，确定主动旁路半桥子模块个数的综合优化区间，在此区间内建立兼顾降低半桥子模块T2管总损耗和抑制电容纹波电压的综合优化目标函数，求取同时满足降低半桥子模块T2管总损耗和抑制电容纹波电压的主动旁路半桥子模块个数Nsur的最佳值；建立半桥子模块T2管总损耗与电容纹波电压的综合目标函数，定义综合目标函数为：M＝k·ΔuCH，k+ΔPT2H，k；其中：ΔPT2H,k为半桥子模块T2管总损耗的标幺值，其基准值为PT2F，ΔuCH,k为半桥子模块电容纹波电压的标幺值，其基准值为ΔuCF，k为兼顾降低半桥子模块T2管总损耗与半桥子模块电容纹波电压的权重系数；固定k，计算M的最小值，此时对应的Nsur即为最佳；综合目标函数中k的选取原则为：若期望半桥子模块T2管总损耗降低效果与半桥子模块电容纹波电压抑制效果相同，则k取值为1；若期望半桥子模块电容纹波电压抑制效果优于半桥子模块T2管总损耗降低效果，则k取值大于1，且大于1的程度越大，对半桥子模块电容纹波电压抑制效果越好；若期望半桥子模块T2管总损耗降低效果优于半桥子模块电容纹波电压抑制效果，则k取值小于1，且越趋近于0，对半桥子模块T2管总损耗降低效果越好；S5通过功率环控制器、电流环控制器及二倍频环流控制器保证混合型MMC的稳定运行，结合锁相环的输出角度，将桥臂输出电压指令值分配到全桥子模块输出电压指令值及半桥子模块输出电压指令值，实现混合型MMC器件损耗分布与电容纹波电压综合优化目标。

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