一种模块化多电平矩阵变换器的电容电压波动抑制方法

1.一种模块化多电平矩阵变换器的电容电压波动抑制方法，其特征在于，包括：获取模块化多电平矩阵变换器M3C中各桥臂在双 坐标系下的电容电压与电流，并根据模块化多电平矩阵变换器M3C两侧连接的交流系统类型得到M3C输入侧和输出侧的三相参考电压，根据输入侧与输出侧的三相参考电压计算桥臂基本输出参考电压；根据预设的桥臂输出电压范围及各桥臂的基本输出参考电压，计算可注入的共模电压范围，并根据可注入的共模电压范围的上限和下限，确定注入共模电压的参考值；计算各电容电压分量平衡控制所需环流的参考值，并根据环流的参考值对全部环流进行闭环控制，得到环流电压参考值；对所述环流电压参考值进行逆双 变换，得到各桥臂的环流参考电压，综合所述环流参考电压、所述桥臂基本输出参考电压、所述注入共模电压的参考值，得到总的桥臂输出参考电压；根据总的桥臂输出参考电压及桥臂内子模块电容电压平衡控制方法，对各桥臂输出电压进行调制，得到开关器件的驱动信号；所述对所述环流电压参考值进行逆双 变换，得到各桥臂的环流参考电压，综合所述环流参考电压、所述桥臂基本输出参考电压、所述注入共模电压的参考值，得到总的桥臂输出参考电压，包括：对所述环流电压参考值进行逆双 变换，得到各个桥臂的环流参考电压，表达式为：其中， （x=u,v,w,y=r,s,t）是双 坐标系下的四个环流参考电压经过逆双 变换后得到的桥臂xy的环流参考电压， 为 的逆矩阵， , ， 表示桥臂原始电气量的任意3乘3矩阵， 表示桥臂xy对应的电气量， 、 、 、 为双 坐标系下的环流电压参考值；综合环流参考电压、桥臂基本输出参考电压、共模参考电压，得到总的桥臂输出参考电压，表达式为:其中， 是桥臂xy的总的输出参考电压， 是桥臂xy 的基本输出参考电压， 为注入共模电压的参考值。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取模块化多电平矩阵变换器M3C中各桥臂在双 坐标系下的电容电压与电流之前，包括：定义M3C的输入侧电压电流为：其中， 是M3C输入侧三相电压，以输入侧中性点 为参考电压零点， 是输入侧电压幅值， 是输入侧角频率， 是输入侧三相电流，规定流入M3C为正方向， 是输入侧电流幅值， 是输入侧功率因数角；定义M3C的输出侧电压电流为：其中， 是M3C输出侧三相电压，以输出侧中性点 为参考电压零点， 是输出侧电压幅值， 是输出侧角频率， 为输入输出系统之间的初始相位差， 是输出侧三相电流，规定流出M3C为正方向， 是输出侧电流幅值， 是输出侧功率因数角；由基尔霍夫电压定律得到M3C的电压方程为:其中， 是两侧中性点 与 之间的电压差，定义为两侧系统的共模电压， 是桥臂电感， 是桥臂电阻， 为流经桥臂xy的电流， 为桥臂xy级联全桥的输出电压；定义M3C的基本桥臂电压为：其中，下标C0表示忽略桥臂电压中的环流电压分量同时假设没有共模电压注入时的基本桥臂电压分布， 表示桥臂xy的基本桥臂电压；定义双 变换为：其中， ， 表示桥臂原始电气量的任意3乘3矩阵， 表示桥臂xy对应的电气量， 表示变换后电气量的3乘3矩阵，具体地， 、 表示输入侧电气量的 轴和 轴分量， 、 表示输出侧电气量的 轴和 轴分量， 表示原始9个电气量的零序分量即均值， 、 、 、 表示变换后的四个环流相关分量；对M3C的电压方程做双 变换，得到双 坐标系下的电压方程为：其中， 、 和 、 分别是输入侧电压和电流的 轴和 轴分量， 、 和 、 分别是输出侧电压和电流的 轴和 轴分量， 、 是桥臂输出电压变换后的输入侧 轴和 轴分量， 、 桥臂输出电压变换后的输出侧 轴和 轴分量， 、 、 、 是桥臂电流变换后的4个独立环流， 、 、 、 是桥臂输出电压变换后的4个环流电压分量， 是桥臂输出电压变换后的零序分量；M3C的各个桥臂电容电压与桥臂功率的关系为：其中， 为该桥臂电容总电压， 为桥臂瞬时功率， 为子模块电容容值， 为子模块电容额定电压， 为每个桥臂的子模块数量；对桥臂电容电压及桥臂功率做双 变换，得到双 坐标系下电容电压与功率的关系，表达式：其中， 、 、 、 、 、 、 、 、 为各个桥臂电容电压经过双 变换后在双 坐标系下的9个电容电压分量， 、 、 、 、 、 、 、 、 为各个桥臂瞬时功率经过双 变换后在双 坐标系下的9个功率分量，经过双 变换后的 、 、 、 、 、 、 、 的平均值为0，控制九个桥臂电容电压平衡等效于控制 、 、 、 、 、 、 、 为0；双 坐标系下各功率的表达式为：其中， 与环流和共模电压无关，只包含基波电压和电流，表征输入输出侧有功功率差，用于控制总能量平衡，对其他8个功率分量来说，其都由3部分组成，其中第一项以 为下标的功率是输入输出基波电压与基波电流作用产生的功率，这部分功率在外部运行条件确定后是不可控的，第二项以 为下标的功率是环流与输入输出基波电压作用的功率，受环流控制，第三项以 为下标的功率是共模电压与输入输出基波电流或者环流作用的功率，受共模电压也同时受环流控制，对于以 为下标的功率， 、 只包含 分量， 、 只包含 分量，而 、 、 、 则同时包含 和 分量；为了分离 、 、 、 中耦合的两种频率分量，对双 坐标系下的功率和环流进行共差模变换，共差模变换定义为其中， 、 、 、 是原始电气量经过双 变换得到的四个环流相关分量， 、 、 、 是双 坐标系下四个环流相关分量经过共差模变换后的四个对角分量，具体地， 、 分别是正向对角 轴和 轴分量， 、 分别是反向对角 轴和 轴分量；共差模变换后的功率表达式为：其中， 、 分别是共差模变换后的正向对角 轴和 轴功率分量， 、 分别是共差模变换后的反向对角 轴和 轴功率分量， 、 分别是共差模变换后的正向对角 轴和 轴环流分量， 、 分别是共差模变换后的反向对角 轴和 轴环流分量，式中， 、 、 、 分为三项，下标 是不可控功率，下标 是受环流控制的功率，下标 是同时受环流和共模电压控制的功率， 、 包含 分量， 、 包含 分量，功率波动幅值随频率绝对值的减小而增大，当 趋向于 时， 、 波动增大，对应的 、 波动增大，当 趋向于 时， 、 波动增大，对应的 、 波动增大；对电容电压 、 、 、 做共差模变换，得到与 、 、 、 对应的电容电压分量 、 、 、 ，共差模变换后的功率与电压的关系为：则，控制九个桥臂电容电压平衡等效于控制 、 、 、 、 、 、 、 8个电压分量为0。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取各桥臂在双 坐标系下的电容电压与电流，包括：根据各子模块的电容电压采样结果，计算各桥臂电容电压，表达式为：其中 为桥臂 中第 个子模块电容电压采样值；对九个桥臂的电容电压进行双 变换，得到双 坐标系下的电容电压分量，表达式为：对 、 、 、 进行共差模变换，得到变换后的四个电容电压分量，表达式为:对九个桥臂的电流采样值进行双 变换，得到双 坐标系下的电流分量，表达式为：其中， 、 是桥臂输出电流变换后的输入侧 轴和 轴分量， 、 是桥臂输出电流变换后的输出侧 轴和 轴分量， 、 、 、 是桥臂输出电流变换后的4个环流分量， 是桥臂输出电流变换后的零序分量。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据模块化多电平矩阵变换器M3C两侧连接的交流系统类型得到输入侧和输出侧的三相参考电压，根据M3C输入侧与输出侧的三相参考电压计算桥臂基本输出参考电压，包括：根据M3C两侧连接的交流系统类型，选择对应的控制方法获取输入侧三相参考电压与输出侧三相参考电压，其中，连接的交流系统包括工频电网、低频电网、电机中的至少一种，采用的方法包括矢量控制方法、直接转矩控制方法中的至少一种；根据输入侧三相参考电压 、 、 以及输出侧三相参考电压为 、 、 ，计算桥臂基本输出参考电压，表达式为：其中，上标*表示参考的含义, 是桥臂xy 的基本输出参考电压。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预设的桥臂输出电压范围及各桥臂的基本输出参考电压，计算可注入的共模电压范围，包括：忽略桥臂电感上的压降，注入共模电压 后M3C的桥臂电压 的近似表示式为：其中， 是共模参考电压， 是桥臂基本输出参考电压与共模参考电压叠加后的桥臂输出参考电压；定义桥臂电压最大利用率为 ，M3C的桥臂输出电压范围为：根据桥臂输出参考电压 的近似表达式与M3C的桥臂输出电压范围，得到M3C可注入的最大共模电压 和最小共模电压 为：基于M3C可注入的最大共模电压和最小共模电压，得到可注入的共模电压范围为： 。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据可注入的共模电压范围的上限和下限，确定注入共模电压的参考值，包括：比对可注入共模电压范围的上限绝对值和下限绝对值，确定绝对值大者为注入共模电压的参考值 ，表达式为： 。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算各电容电压分量平衡控制所需环流的参考值，包括：当 趋向于 时，对于 、 、 、 、 、 六个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，其中， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值，对于 、 两个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 ，其中， 是进行 平衡控制所需的正向对角 轴环流参考值， 是进行 平衡控制所需的正向对角 轴环流参考值；当 趋向于 时，对于 、 、 、 、 、 六个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，其中， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值，对于 、 两个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 ，其中， 是进行 平衡控制所需的反向对角 轴环流参考值， 是进行 平衡控制所需的反向对角 轴环流参考值。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据环流的参考值对全部环流进行闭环控制，得到环流电压参考值，包括：对 、 、 、 的参考值 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 进行逆共差模变换，得到双 坐标系下的环流参考值：其中， 、 、 、 是所述 、 、 、 的参考值进行逆共差模变换后得到的双 坐标系下的环流参考值；对各项环流参考值求和，得到总的环流参考值：其中， 、 、 、 是对各项环流参考值求和后得到的双 坐标系下的四个环流参考值，根据环流实际值 、 、 、 以及得到的总的环流参考值，对四个环流进行闭环控制，得到双 坐标系下的环流电压参考值 、 、 、 。 9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据总的桥臂输出参考电压及桥臂内子模块电容电压平衡控制方法，对各桥臂输出电压进行调制，得到开关器件的驱动信号，包括：采用调制策略对桥臂内子模块电容电压进行平衡控制并对桥臂输出参考电压进行调制，得到M3C的各桥臂内各子模块的开关器件的驱动信号。 10.一种模块化多电平矩阵变换器的电容电压波动抑制装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取模块化多电平矩阵变换器M3C中各桥臂在双 坐标系下的电容电压与电流，并根据模块化多电平矩阵变换器M3C两侧连接的交流系统类型得到M3C输入侧和输出侧的三相参考电压，根据输入侧与输出侧的三相参考电压计算桥臂基本输出参考电压；第一计算模块，用于根据预设的桥臂输出电压范围及各桥臂的基本输出参考电压，计算可注入的共模电压范围，并根据可注入的共模电压范围的上限和下限，确定注入共模电压的参考值；第二计算模块，用于计算各电容电压分量平衡控制所需环流的参考值，并根据环流的参考值对全部环流进行闭环控制，得到环流电压参考值；综合模块，用于对所述环流电压参考值进行逆双 变换，得到各桥臂的环流参考电压，综合所述环流参考电压、所述桥臂基本输出参考电压、所述注入共模电压的参考值，得到总的桥臂输出参考电压；调制模块，用于根据总的桥臂输出参考电压及桥臂内子模块电容电压平衡控制方法，对各桥臂输出电压进行调制，得到开关器件的驱动信号；所述综合模块，用于：对所述环流电压参考值进行逆双 变换，得到各个桥臂的环流参考电压，表达式为：其中， （x=u,v,w,y=r,s,t）是双 坐标系下的四个环流参考电压经过逆双 变换后得到的桥臂xy的环流参考电压， 为 的逆矩阵， , ， 表示桥臂原始电气量的任意3乘3矩阵， 表示桥臂xy对应的电气量， 、 、 、 为双 坐标系下的环流电压参考值；综合环流参考电压、桥臂基本输出参考电压、共模参考电压，得到总的桥臂输出参考电压，表达式为:其中， 是桥臂xy的总的输出参考电压， 是桥臂xy 的基本输出参考电压， 为注入共模电压的参考值。 11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括定义模块，所述定义模块用于：定义M3C的输入侧电压电流为：其中， 是M3C输入侧三相电压，以输入侧中性点 为参考电压零点， 是输入侧电压幅值， 是输入侧角频率， 是输入侧三相电流，规定流入M3C为正方向， 是输入侧电流幅值， 是输入侧功率因数角；定义M3C的输出侧电压电流为：其中， 是M3C输出侧三相电压，以输出侧中性点 为参考电压零点， 是输出侧电压幅值， 是输出侧角频率， 为输入输出系统之间的初始相位差， 是输出侧三相电流，规定流出M3C为正方向， 是输出侧电流幅值， 是输出侧功率因数角；由基尔霍夫电压定律得到M3C的电压方程为:其中， 是两侧中性点 与 之间的电压差，定义为两侧系统的共模电压， 是桥臂电感， 是桥臂电阻， 为流经桥臂xy的电流， 为桥臂xy级联全桥的输出电压；定义M3C的基本桥臂电压为：其中，下标C0表示忽略桥臂电压中的环流电压分量同时假设没有共模电压注入时的基本桥臂电压分布， 表示桥臂xy的基本桥臂电压；定义双 变换为：其中， ， 表示桥臂原始电气量的任意3乘3矩阵， 表示桥臂xy对应的电气量， 表示变换后电气量的3乘3矩阵，具体地， 、 表示输入侧电气量的 轴和 轴分量， 、 表示输出侧电气量的 轴和 轴分量， 表示原始9个电气量的零序分量即均值， 、 、 、 表示变换后的四个环流相关分量；对M3C的电压方程做双 变换，得到双 坐标系下的电压方程为：其中， 、 和 、 分别是输入侧电压和电流的 轴和 轴分量， 、 和 、 分别是输出侧电压和电流的 轴和 轴分量， 、 是桥臂输出电压变换后的输入侧 轴和 轴分量， 、 桥臂输出电压变换后的输出侧 轴和 轴分量， 、 、 、 是桥臂电流变换后的4个独立环流， 、 、 、 是桥臂输出电压变换后的4个环流电压分量， 是桥臂输出电压变换后的零序分量；M3C的各个桥臂电容电压与桥臂功率的关系为：其中， 为该桥臂电容总电压， 为桥臂瞬时功率， 为子模块电容容值， 为子模块电容额定电压， 为每个桥臂的子模块数量；对桥臂电容电压及桥臂功率做双 变换，得到双 坐标系下电容电压与功率的关系，表达式：其中， 、 、 、 、 、 、 、 、 为各个桥臂电容电压经过双 变换后在双 坐标系下的9个电容电压分量， 、 、 、 、 、 、 、 、 为各个桥臂瞬时功率经过双 变换后在双 坐标系下的9个功率分量，经过双 变换后的 、 、 、 、 、 、 、 的平均值为0，控制九个桥臂电容电压平衡等效于控制 、 、 、 、 、 、 、 为0；双 坐标系下各功率的表达式为：其中， 与环流和共模电压无关，只包含基波电压和电流，表征输入输出侧有功功率差，用于控制总能量平衡，对其他8个功率分量来说，其都由3部分组成，其中第一项以 为下标的功率是输入输出基波电压与基波电流作用产生的功率，这部分功率在外部运行条件确定后是不可控的，第二项以 为下标的功率是环流与输入输出基波电压作用的功率，受环流控制，第三项以 为下标的功率是共模电压与输入输出基波电流或者环流作用的功率，受共模电压也同时受环流控制，对于以 为下标的功率， 、 只包含 分量， 、 只包含 分量，而 、 、 、 则同时包含 和 分量；为了分离 、 、 、 中耦合的两种频率分量，对双 坐标系下的功率和环流进行共差模变换，共差模变换定义为其中， 、 、 、 是原始电气量经过双 变换得到的四个环流相关分量， 、 、 、 是双 坐标系下四个环流相关分量经过共差模变换后的四个对角分量，具体地， 、 分别是正向对角 轴和 轴分量， 、 分别是反向对角 轴和 轴分量；共差模变换后的功率表达式为：其中， 、 分别是共差模变换后的正向对角 轴和 轴功率分量， 、 分别是共差模变换后的反向对角 轴和 轴功率分量， 、 分别是共差模变换后的正向对角 轴和 轴环流分量， 、 分别是共差模变换后的反向对角 轴和 轴环流分量，式中， 、 、 、 分为三项，下标 是不可控功率，下标 是受环流控制的功率，下标 是同时受环流和共模电压控制的功率， 、 包含 分量， 、 包含 分量，功率波动幅值随频率绝对值的减小而增大，当 趋向于 时， 、 波动增大，对应的 、 波动增大，当 趋向于 时， 、 波动增大，对应的 、 波动增大；对电容电压 、 、 、 做共差模变换，得到与 、 、 、 对应的电容电压分量 、 、 、 ，共差模变换后的功率与电压的关系为：则，控制九个桥臂电容电压平衡等效于控制 、 、 、 、 、 、 、 8个电压分量为0。 12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述获取模块，用于：根据各子模块的电容电压采样结果，计算各桥臂电容电压，表达式为：其中 为桥臂 中第 个子模块电容电压采样值；对九个桥臂的电容电压进行双 变换，得到双 坐标系下的电容电压分量，表达式为：对 、 、 、 进行共差模变换，得到变换后的四个电容电压分量，表达式为:对九个桥臂的电流采样值进行双 变换，得到双 坐标系下的电流分量，表达式为：其中， 、 是桥臂输出电流变换后的输入侧 轴和 轴分量， 、 是桥臂输出电流变换后的输出侧 轴和 轴分量， 、 、 、 是桥臂输出电流变换后的4个环流分量， 是桥臂输出电流变换后的零序分量。 13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还用于：根据M3C两侧连接的交流系统类型，选择对应的控制方法获取输入侧三相参考电压与输出侧三相参考电压，其中，连接的交流系统包括工频电网、低频电网、电机中的至少一种，采用的方法包括矢量控制方法、直接转矩控制方法中的至少一种；根据输入侧三相参考电压 、 、 以及输出侧三相参考电压为 、 、 ，计算桥臂基本输出参考电压，表达式为：其中，上标*表示参考的含义, 是桥臂xy 的基本输出参考电压。 14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，用于：忽略桥臂电感上的压降，注入共模电压 后M3C的桥臂电压 的近似表示式为：其中， 是共模参考电压， 是桥臂基本输出参考电压与共模参考电压叠加后的桥臂输出参考电压；定义桥臂电压最大利用率为 ，M3C的桥臂输出电压范围为：根据桥臂输出参考电压 的近似表达式与M3C的桥臂输出电压范围，得到M3C可注入的最大共模电压 和最小共模电压 为：基于M3C可注入的最大共模电压和最小共模电压，得到可注入的共模电压范围为： 。 15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，还用于：比对可注入共模电压范围的上限绝对值和下限绝对值，确定绝对值大者为注入共模电压的参考值 ，表达式为： 。 16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块，用于：当 趋向于 时，对于 、 、 、 、 、 六个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，其中， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值，对于 、 两个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 ，其中， 是进行 平衡控制所需的正向对角 轴环流参考值， 是进行 平衡控制所需的正向对角 轴环流参考值；当 趋向于 时，对于 、 、 、 、 、 六个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，其中， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值， 、 、 、 是进行 平衡控制所需的环流参考值，对于 、 两个分量的平衡控制，采用功率表达式中以 为下标的功率分量，得到所需环流的参考值 、 ，其中， 是进行 平衡控制所需的反向对角 轴环流参考值， 是进行 平衡控制所需的反向对角 轴环流参考值。 17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块，还用于：对 、 、 、 的参考值 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 进行逆共差模变换，得到双 坐标系下的环流参考值：其中， 、 、 、 是所述 、 、 、 的参考值进行逆共差模变换后得到的双 坐标系下的环流参考值；对各项环流参考值求和，得到总的环流参考值：其中， 、 、 、 是对各项环流参考值求和后得到的双 坐标系下的四个环流参考值，根据环流实际值 、 、 、 以及得到的总的环流参考值，对四个环流进行闭环控制，得到双 坐标系下的环流电压参考值 、 、 、 。 18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调制模块，用于：采用调制策略对桥臂内子模块电容电压进行平衡控制并对桥臂输出参考电压进行调制，得到M3C的各桥臂内各子模块的开关器件的驱动信号。 19.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；所述存储器存储计算机执行指令；所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。 20.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。 21.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9中任一项所述的方法。