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
【專利摘要】本發(fā)明公開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)生相應的原始調(diào)制信號，并通過對每個橋臂子模塊電容電壓的檢測確定電容電壓最大值和最小值所分別對應的模塊，最后根據(jù)一定的規(guī)則交換相應模塊所對應的調(diào)制信號從而達到各子模塊電容電壓平衡。本發(fā)明可以實現(xiàn)各子模塊電容電壓平衡，且不會引起額外的開關(guān)動作。
【專利說明】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] 隨著社會進步和工業(yè)發(fā)展,現(xiàn)代電力系統(tǒng)存在兩大特點：輸配電系統(tǒng)龐大，電力系 統(tǒng)電壓和功率等級的不斷提升。首先，現(xiàn)代社會對電力的需求越來越多，為了滿足用戶對電 力日益增長的需求，電力系統(tǒng)變得越來越龐大，覆蓋范圍也越來越廣闊。這給電力系統(tǒng)的穩(wěn) 定性帶來挑戰(zhàn)。同時，由于我國地域遼闊，但資源分布不平衡，為了提高長遠距離輸電的效 率，高壓直流輸電（HVDC)技術(shù)應用越來越廣泛。其次，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負載也有新的特點： 電力電子裝置具有優(yōu)越的性能，已經(jīng)被工農(nóng)業(yè)等消費產(chǎn)業(yè)大量采用。然而，電力電子裝置作 為非線性負載，會向電網(wǎng)注入無功和諧波，隨著非線性負載容量的增大，其對配電系統(tǒng)的影 響也越來越大，使系統(tǒng)存在不安全，不穩(wěn)定隱患。對中高壓輸配電系統(tǒng)進行無功補償，可以 有效改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不同供電系統(tǒng)之間通過高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC)互聯(lián)，可以 解決系統(tǒng)不同步問題，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者的廣泛的研究和工程師的 強烈關(guān)注。模塊化多電平變流器具有諸多優(yōu)點：模塊化設(shè)計、低開關(guān)頻率、低功耗、高質(zhì)量的 頻譜特性等。這些優(yōu)點給模塊化多電平變流器的制造，安裝，維護帶來了巨大方便，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，針對模塊化多電平變流器的研究，許多學術(shù)工作與成果已被提出。研究熱點 主要集中在對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 導體器件的開關(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：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)制以其實現(xiàn)過程簡單獲得了廣泛應 用。通常，該調(diào)制策略與子模塊電容電壓排序控制結(jié)合使用來確保系統(tǒng)的正常運行。然而 該方法會加重數(shù)字控制器負擔，同時增加額外的平均開關(guān)頻率，不利于降低系統(tǒng)損耗；查表 法則是通過特定諧波消去或其他方法計算出相應的開關(guān)時刻存儲到控制器中。該方法可以 實現(xiàn)很低的開關(guān)頻率，但是其往往存在調(diào)制比離散化，存儲占用大量硬件資源等問題；對于 載波移相調(diào)制，其需要大量的復雜的PI調(diào)節(jié)器來實現(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)制僅需一個載波信號，實現(xiàn)過程較為簡單。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用中會引起額外的開關(guān)動作，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 來有效地解決上述問題。
【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，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，該方法可以實現(xiàn)各子模塊電容電壓平衡，且不會引起額外的 開關(guān)動作。
[0006] 為達到上述目的，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 電平變流器中每個橋臂包括N個子模塊；
[0008] 2)數(shù)據(jù)控制器產(chǎn)生三角載波信號tril，得N層載波信號，其中，第i層載波信號 通過三角載波信號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 變流器每個橋臂包括N個子模塊； 2) 數(shù)據(jù)控制器產(chǎn)生三角載波信號tril，得N層載波信號，其中，第i層載波信號通過三 角載波信號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通過載波層疊調(diào)制策略得N層原 始調(diào)制信號； 3) 引入同步脈沖信號Ssyn，然后在該同步脈沖信號Ssyn的上升沿時采集三相模塊化多 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應的子模塊I ax及 子模塊Mmin ; 4) 在一個開關(guān)周期內(nèi)，當載波信號存在開通狀態(tài)及關(guān)斷狀態(tài)時，載波信號為PWM信號， 否則，載波信號為非PWM信號，則只有當前調(diào)制波與載波信號相交的該層調(diào)制信號為PWM信 號，其余N-I層調(diào)制信號均為非PWM信號，設(shè)當橋臂電流方向為對子模塊電容充電時，橋臂 電流的極性為正；當橋臂電流方向為子模塊電容放電時，橋臂電流的極性為負，然后在同步 脈沖信號S syn上升沿時對模塊化多電平變流器的橋臂電流進行采樣，得到ia" ; 5) 當橋臂電流的極性為正，且橋臂電容電壓最小的子模塊Mmin所對應的調(diào)制信號為關(guān) 斷狀態(tài)時，則交換該子模塊與當前PWM信號所分配子模塊的調(diào)制信號；當橋臂電流的極性 為負，且橋臂電容電壓最大的子模塊M mx所對應的調(diào)制信號為關(guān)斷狀態(tài)時，交換該子模塊與 當前PWM信號所分配子模塊的調(diào)制信號；當橋臂電流的極性為正，且橋臂電容電壓最大的 子模塊M mx所對應的調(diào)制信號為開通狀態(tài)時，則交換該子模塊與當前PWM信號所分配子模 塊的調(diào)制信號；當橋臂電流極性為負，且電容電壓最小的子模塊M min所對應的調(diào)制信號為 開通狀態(tài)時，交換該子模塊與當前PWM信號所分配子模塊的調(diào)制信號，得N個最終調(diào)制信 號，然后通過將所述N個最終調(diào)制信號作為開關(guān)信號分配給三相模塊化多電平變流器各個 橋臂中N個子模塊的開關(guān)器件中進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，當三角載波信號處于波峰時，同步脈沖信號為上升沿，當三角載波信號處于波谷時， 同步脈沖信號為下降沿。
【文檔編號】H02M7/49GK104393779SQ201410641553
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】劉進軍, 杜思行, 劉騰 申請人:西安交通大學