一種基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法，具體地說(shuō)就是由調(diào)制波和三角載波利用載波層疊調(diào)制策略產(chǎn)生相應(yīng)的原始調(diào)制信號(hào)，并通過(guò)對(duì)每個(gè)橋臂子模塊電容電壓的檢測(cè)確定電容電壓最大值和最小值所分別對(duì)應(yīng)的模塊，最后根據(jù)一定的規(guī)則交換相應(yīng)模塊所對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)從而達(dá)到各子模塊電容電壓平衡。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)各子模塊電容電壓平衡，且不會(huì)引起額外的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模塊化多電平變流器控制方法，具體涉及一種基于載波層疊調(diào)制 的模塊化多電平變流器控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展,現(xiàn)代電力系統(tǒng)存在兩大特點(diǎn)：輸配電系統(tǒng)龐大，電力系 統(tǒng)電壓和功率等級(jí)的不斷提升。首先，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電力的需求越來(lái)越多，為了滿足用戶(hù)對(duì)電 力日益增長(zhǎng)的需求，電力系統(tǒng)變得越來(lái)越龐大，覆蓋范圍也越來(lái)越廣闊。這給電力系統(tǒng)的穩(wěn) 定性帶來(lái)挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于我國(guó)地域遼闊，但資源分布不平衡，為了提高長(zhǎng)遠(yuǎn)距離輸電的效 率，高壓直流輸電（HVDC)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其次，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)載也有新的特點(diǎn)： 電力電子裝置具有優(yōu)越的性能，已經(jīng)被工農(nóng)業(yè)等消費(fèi)產(chǎn)業(yè)大量采用。然而，電力電子裝置作 為非線性負(fù)載，會(huì)向電網(wǎng)注入無(wú)功和諧波，隨著非線性負(fù)載容量的增大，其對(duì)配電系統(tǒng)的影 響也越來(lái)越大，使系統(tǒng)存在不安全，不穩(wěn)定隱患。對(duì)中高壓輸配電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，可以 有效改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不同供電系統(tǒng)之間通過(guò)高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC)互聯(lián)，可以 解決系統(tǒng)不同步問(wèn)題，也可以阻止故障在系統(tǒng)之間蔓延，是改善系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的可 行方法。
[0003] 模塊化多電平變流器（MMC)自從提出之后就得到學(xué)者的廣泛的研究和工程師的 強(qiáng)烈關(guān)注。模塊化多電平變流器具有諸多優(yōu)點(diǎn)：模塊化設(shè)計(jì)、低開(kāi)關(guān)頻率、低功耗、高質(zhì)量的 頻譜特性等。這些優(yōu)點(diǎn)給模塊化多電平變流器的制造，安裝，維護(hù)帶來(lái)了巨大方便，也使得 其不用網(wǎng)側(cè)變壓器直接掛入中高壓電網(wǎng)。現(xiàn)在模塊化多電平變流器已被應(yīng)用于高壓直流輸 電系統(tǒng)和中高壓電能質(zhì)量控制系統(tǒng)，成為改善輸配電系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的有效方法。
[0004] 近來(lái)，針對(duì)模塊化多電平變流器的研究，許多學(xué)術(shù)工作與成果已被提出。研究熱點(diǎn) 主要集中在對(duì)模塊化多電平變流器的建模，新型的調(diào)制策略，子模塊電容電壓平衡，降低半 導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)頻率以及仿真技術(shù)等方面。其中，調(diào)制策略是決定模塊化多電平變流器最 終輸出特性的關(guān)鍵所在。已有的調(diào)制策略主要可以分為以下四類(lèi)：最近電平調(diào)制，查表調(diào) 制，載波移相調(diào)制和載波層疊調(diào)制。其中，最近電平調(diào)制以其實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單獲得了廣泛應(yīng) 用。通常，該調(diào)制策略與子模塊電容電壓排序控制結(jié)合使用來(lái)確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。然而 該方法會(huì)加重?cái)?shù)字控制器負(fù)擔(dān)，同時(shí)增加額外的平均開(kāi)關(guān)頻率，不利于降低系統(tǒng)損耗；查表 法則是通過(guò)特定諧波消去或其他方法計(jì)算出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)時(shí)刻存儲(chǔ)到控制器中。該方法可以 實(shí)現(xiàn)很低的開(kāi)關(guān)頻率，但是其往往存在調(diào)制比離散化，存儲(chǔ)占用大量硬件資源等問(wèn)題；對(duì)于 載波移相調(diào)制，其需要大量的復(fù)雜的PI調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡控制，不利于系 統(tǒng)穩(wěn)定性；載波層疊調(diào)制僅需一個(gè)載波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單。但現(xiàn)有的基于載波層疊調(diào) 制方法的電容電壓平衡控制策略在應(yīng)用中會(huì)引起額外的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而增加系統(tǒng)損耗。因 此，需要一種新型的基于載波層疊調(diào)制策略的模塊化多電平變流器電容電壓平衡控制方法 來(lái)有效地解決上述問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于載波層疊調(diào)制的模 塊化多電平變流器控制方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)各子模塊電容電壓平衡，且不會(huì)引起額外的 開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方 法包括以下步驟：
[0007] 1)獲取三相模塊化多電平變流器每相交流側(cè)的輸出電壓ua、Ub及U。，對(duì)三相模塊 化多電平變流器每相交流側(cè)的輸出電壓u a、Ub及U。進(jìn)行歸一化處理，并根據(jù)歸一化處理的 結(jié)果確定三相模塊化多電平變流器每相中上橋臂及下橋臂的調(diào)制波，其中，三相模塊化多 電平變流器中每個(gè)橋臂包括N個(gè)子模塊；
[0008] 2)數(shù)據(jù)控制器產(chǎn)生三角載波信號(hào)tril，得N層載波信號(hào)，其中，第i層載波信號(hào) 通過(guò)三角載波信號(hào)tril與直流偏置

【權(quán)利要求】
1. 一種基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 獲取三相模塊化多電平變流器每相交流側(cè)的輸出電壓Ua、Ub及U。，對(duì)三相模塊化多 電平變流器每相交流側(cè)的輸出電壓u a、Ub及u。進(jìn)行歸一化處理，并根據(jù)歸一化處理的結(jié)果 確定三相模塊化多電平變流器每相中上橋臂及下橋臂的調(diào)制波，其中，三相模塊化多電平 變流器每個(gè)橋臂包括N個(gè)子模塊； 2) 數(shù)據(jù)控制器產(chǎn)生三角載波信號(hào)tril，得N層載波信號(hào)，其中，第i層載波信號(hào)通過(guò)三 角載波信號(hào)tril與直流偏置^相加得到，然后根據(jù)步驟1)得到的三相模塊化多電平變 N 流器每相中上橋臂及下橋臂的調(diào)制波以及各層載波信號(hào)通過(guò)載波層疊調(diào)制策略得N層原 始調(diào)制信號(hào)； 3) 引入同步脈沖信號(hào)Ssyn，然后在該同步脈沖信號(hào)Ssyn的上升沿時(shí)采集三相模塊化多 電平變流器中各子模塊電容電壓，得各橋臂電容電壓最大值及最小值對(duì)應(yīng)的子模塊I ax及 子模塊Mmin ; 4) 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)載波信號(hào)存在開(kāi)通狀態(tài)及關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，載波信號(hào)為PWM信號(hào)， 否則，載波信號(hào)為非PWM信號(hào)，則只有當(dāng)前調(diào)制波與載波信號(hào)相交的該層調(diào)制信號(hào)為PWM信 號(hào)，其余N-I層調(diào)制信號(hào)均為非PWM信號(hào)，設(shè)當(dāng)橋臂電流方向?yàn)閷?duì)子模塊電容充電時(shí)，橋臂 電流的極性為正；當(dāng)橋臂電流方向?yàn)樽幽K電容放電時(shí)，橋臂電流的極性為負(fù)，然后在同步 脈沖信號(hào)S syn上升沿時(shí)對(duì)模塊化多電平變流器的橋臂電流進(jìn)行采樣，得到ia" ; 5) 當(dāng)橋臂電流的極性為正，且橋臂電容電壓最小的子模塊Mmin所對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)為關(guān) 斷狀態(tài)時(shí)，則交換該子模塊與當(dāng)前PWM信號(hào)所分配子模塊的調(diào)制信號(hào)；當(dāng)橋臂電流的極性 為負(fù)，且橋臂電容電壓最大的子模塊M mx所對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)為關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，交換該子模塊與 當(dāng)前PWM信號(hào)所分配子模塊的調(diào)制信號(hào)；當(dāng)橋臂電流的極性為正，且橋臂電容電壓最大的 子模塊M mx所對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)為開(kāi)通狀態(tài)時(shí)，則交換該子模塊與當(dāng)前PWM信號(hào)所分配子模 塊的調(diào)制信號(hào)；當(dāng)橋臂電流極性為負(fù)，且電容電壓最小的子模塊M min所對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)為 開(kāi)通狀態(tài)時(shí)，交換該子模塊與當(dāng)前PWM信號(hào)所分配子模塊的調(diào)制信號(hào)，得N個(gè)最終調(diào)制信 號(hào)，然后通過(guò)將所述N個(gè)最終調(diào)制信號(hào)作為開(kāi)關(guān)信號(hào)分配給三相模塊化多電平變流器各個(gè) 橋臂中N個(gè)子模塊的開(kāi)關(guān)器件中進(jìn)行模塊化多電平變流器的電容電壓平衡控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法，其特 征在于，步驟1)中獲取三相模塊化多電平變流器每相交流側(cè)的輸出電壓u a、Ub及u。，其 中，ua = UmSincot,
Um為三相模塊化多電平變流器的交流側(cè)輸出幅 值，ω為三相模塊化多電平變流器的交流側(cè)輸出角頻率，然后對(duì)三相模塊化多電平變流器 每相交流側(cè)的輸出電壓ua、Ub及u。進(jìn)行歸一化，得三相模塊化多電平變流器每相交流側(cè) 輸出電壓的歸一化結(jié)果<、<及<，其中，

，Ud。為變流器直流側(cè)母線電壓，m為調(diào)制比，且
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法，其特征 在于，步驟1)中根據(jù)歸一化的結(jié)果確定三相模塊化多電平變流器每相中上橋臂及下橋臂 的調(diào)制波Up/及unx%其中
，X = {a，b，c}。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法，其特征 在于，步驟2)中所述三角載波信號(hào)tril的頻率為f，幅值為O?1/N。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于載波層疊調(diào)制的模塊化多電平變流器控制方法，其特征 在于，當(dāng)三角載波信號(hào)處于波峰時(shí)，同步脈沖信號(hào)為上升沿，當(dāng)三角載波信號(hào)處于波谷時(shí)， 同步脈沖信號(hào)為下降沿。
【文檔編號(hào)】H02M7/49GK104393779SQ201410641553
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】劉進(jìn)軍, 杜思行, 劉騰 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)