模块化多电平变流器的控制架构设计

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1、第50卷第3期电力电子技术V01．50，No．32016年3月PowerElectronicsMarch2016模块化多电平变流器的控制架构设计邵雷，徐家彬，曾国宏，李金科(1．北京交通大学，国家能源主动配电网技术研发中心，北京100044；2．北京亿利智慧能源科技有限公司，北京100031)摘要：针对模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率应用场合模块数较多、控制系统复杂的特点，提出了一种改进的三级分层控制的系统架构，解决了传统控制系统同步性及可靠性较低等问题。重点研究了该分层控制系统架构的实现方

2、法，按照由高到低的顺序对上位机控制系统、主控制器、子模块控制保护单元等进行了详细分析，确定了各控制层之间的通信内容和功能。利用三相9电平MMC实验样机对所提控制系统架构进行了实验验证．证明了所述控制系统的可行性。关键词：变流器：模块化多电平；控制器中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1000—100X(2016)03—0013—04ControilerArchitectureDesignforModularMultilevelConverterSHAOLei，XUJia．bin，ZENGGu

3、o—hong，LIJin—ke(1．Beo'ingJiaotongUniversity，Beijing100044，China)Abstract：Consideringthecontrolcomplexityofmodularmultilevelconve~er(MMC)underhigh—voltagehigh—powerap·plicationbecauseoftoomanysub．modules．animprovedhierasrchicalcontrolstructureconsistedo

4、fthree—levelcontrollerisproposed，tosolvethesynchronizationandlowreliabilityproblemsofthetraditionalcontrolsystem．FrameworkstructureandimplementationoftIlehierasrchicalcontrolsystemiSdiscussedindetai1inup—downorder，includingtheoperatingstaf，theuppersche

5、dulinginterface，themaincontroller，thesub—modulecontroler，andthecommunicationmodeandcontentbetweenlayers．Experimentofathree—phasenine—levelMMCadoptingtheproposedcontrolstructureverifythesystem’Sfeasibilityandflexibility．Keywords：converter；modularmultile

6、vel；controllerFoundationProject：SupportedbyNationalHighTechnologyResearch＆DevelopmentPlan(863)(No．2013AA050901)1引言子模块无控制器，增加了硬件接口数量。文献[5]提出了在每个子模块上集成一个现场可编程门阵MMC采用模块化设计。具有输出电压电平数列(FPGA)，通过两根光纤与主控系统通信，该控高、谐波特性好、易于扩展等诸多优点，在新能源制系统各子模块之间存在时钟同步性及可靠性较接入、向无源网

7、络供电、城市配网等诸多领域有着低等问题。针对以上问题，提出一种适用于MMC广阔的应用前景，越来越多地受到学术界和工业拓扑结构的三层控制系统架构，采用直接均压控界的关注【]。制在一台10kVA三相9电平MMC样机上验证目前对MMC的研究主要侧重于其数学建模、了控制系统架构的可行性。调制策略及均压策略等方向的研究，对MMC样机设计及控制系统架构的关注较少。文献[3]采用两2MMC原理与设计层控制架构。此种结构采样通道较多，且隔离要求MMC由6个对称桥臂构成。每个桥臂上串联若较高，不适用于高压大功率场合。

8、文献[4]通过增干个结构相同的子模块与电感，上下两个桥臂构加桥臂控制器，使得控制的子模块数显著提高，但成一个相单元。MMC拓扑如图1所示。MMC子模块拓扑如图2所示，包括IGBT、电容C、旁路开关基金项目：国家高技术研究发展计划(863)S、电阻。S实现冗余子模块和故障模块的快速(2叭3AA050901)投切；为实现均压控制的电阻；t‘SM为流入子模块定稿日期：2015—07一O1作者简介：邵雷(1989一)，男，湖北武汉人，硕士研究生，的电流。子模块运行状态分投入、