本發(fā)明涉及一種適用于模塊化多電平變換器的改進調(diào)制策略，屬電力電子
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：模塊化多電平變換器擁有易于擴展、設(shè)計靈活等諸多優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。而作為模塊化多電平變換器(modularmultilevelconverter，MMC)的核心技術(shù)之一，調(diào)制算法根據(jù)調(diào)制波得到開關(guān)器件的驅(qū)動觸發(fā)信號，以保證變換器輸出目標電壓，對變換器的電能轉(zhuǎn)換性能有著十分重要的影響。目前，針對模塊化多電平變換器的調(diào)制策略中已有下列公開文獻：[1]HagiwaraM,AkagiH.PWMcontrolandexperimentofmodularmultilevelconverters[C].IEEEPowerElectronicsSpecialistsConference.Rhodes,Greece:IEEE,2008:154-162。[2]孫世賢,田杰.適合MMC型直流輸電的靈活逼近調(diào)制策略[J].中國電機工程學報,2012,32(28):62-68。[3]LiZX,WangP,ZhuHB,etal.Animprovedpulsewidthmodulationmethodforchopper-cell-basedmodularmultilevelconverters[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2012,27(8):3472-3481。文獻[1]中采用載波移相調(diào)制(CarrierPhaseShifted,CPS)，其優(yōu)點在于可以利用較低的開關(guān)頻率實現(xiàn)較高的等效開關(guān)頻率，但CPS需要為每個子模塊輔以專門的三角載波信號，對于一個三相全橋MMC，變換器每增加一個電平數(shù)，就需要增加6路載波信號，背靠背系統(tǒng)則需要增加12路載波信號，這就增加了系統(tǒng)的擴展難度。此外，為穩(wěn)定子模塊電容電壓，需要為每個子模塊配備專門的電壓平均控制器和均衡控制器，進一步增加了系統(tǒng)的復雜程度。文獻[2]提出最近電平逼近調(diào)制(NearestLevelModulation,NLM)算法，NLM不再依賴于載波信號，不再需要控制脈沖寬度，實現(xiàn)方法更為簡單，因此更加容易適應(yīng)MMC電平數(shù)的擴展。但當子模塊數(shù)目較少時，用階梯波逼近正弦調(diào)制波將帶來較大的誤差。文獻[3]提出一種將PWM調(diào)制與最近NLM調(diào)制相結(jié)合的改進調(diào)制策略，有效提高了MMC的輸出電平數(shù)，降低了變換器輸出電壓的諧波含量，但由于引入了PWM調(diào)制，增大了策略的復雜度。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是，針對模塊化多電平變換器(MMC)包含子模塊數(shù)較少時，最近電平逼近調(diào)制策略存在較大誤差的問題，本發(fā)明根據(jù)MMC變換器及其子模塊基本工作狀態(tài)，提出了一種改進調(diào)制策略。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種適用于模塊化多電平變換器的改進調(diào)制策略，通過在原有變換器的兩個電平之間增加一個過渡電平，將變換器的輸出電平數(shù)由N+1提高至2N+1。所述改進調(diào)制策略步驟如下：(1)采集MMC母線電壓Udc，按以下公式求得子模塊投入到變換器各上下橋臂中的數(shù)目，其中表示需要變換器輸出的交流側(cè)參考電壓信號，N為橋臂包含子模塊數(shù)；Npi和Nni為子模塊數(shù)目，P代表上橋臂，n代表下橋臂，i代表(a、b、c)；(2)根據(jù)(1)計算出的Npi和Nni生成六個橋臂的觸發(fā)脈沖來控制各個子模塊電力電子開關(guān)的開通與關(guān)斷；(3)根據(jù)(2)生成的觸發(fā)脈沖，判斷上橋臂和下橋臂子模塊是否需要切除或投入；(4)當判斷出需要上橋臂切除1個子模塊、下橋臂投入1個子模塊時，發(fā)出改進調(diào)制標志信號；(5)根據(jù)(4)中改進控制標志信號，在下橋臂投入子模塊的同時保持上橋臂中子模塊狀態(tài)不變，并生成相應(yīng)的六個橋臂的觸發(fā)脈沖，以得到原有兩電平之間的過渡電平，使子模塊數(shù)為N的MMC的輸出電平為2N+1。所述變換器相單元包括上下兩個橋臂，每個橋臂由N個半橋型子模塊和一個橋臂電感Larm串聯(lián)而成。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明實現(xiàn)方法簡單，在不需要增加額外的硬件設(shè)施的前提下可將變換器的輸出電平數(shù)由N+1提高至2N+1。通過提高輸出電平數(shù)，所提策略能夠大大改善階梯波對正弦調(diào)制波的逼近效果，有效降低變換器輸出電壓中的諧波含量，并能在一定程度上減小子模塊電容壓波動幅值，降低電容器的損耗，延長電容器的使用壽命。附圖說明圖1為MMC改進調(diào)制策略流程圖；圖2為MMC相單元及子模塊拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖3為交流側(cè)輸出電壓波形，圖3(a)為采用傳統(tǒng)NLM調(diào)制策略的仿真波形，圖3(b)為采用改進NLM調(diào)制策略的仿真波形；圖4為交流側(cè)輸出電壓FFT分析結(jié)果，圖4(a)為采用傳統(tǒng)NLM調(diào)制策略的仿真波形，圖4(b)為采用改進NLM調(diào)制策略的仿真波形；圖5為子模塊電容電壓波形，圖5(a)為采用傳統(tǒng)NLM調(diào)制策略的仿真波形，圖5(b)為采用改進NLM調(diào)制策略的仿真波形圖5(c)為采用本發(fā)明方法時a相單元上下橋臂中4個子模塊的電容電壓波形；圖5(d)為采用本發(fā)明方法時a相單元上下橋臂中4個子模塊的電容電壓波形。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方案作詳細描述。圖1所示為MMC改進調(diào)制策略流程圖，改進調(diào)制算法具體實施如下：(1)利用電壓霍爾采集MMC母線電壓Udc，按最近電平逼近調(diào)制(NearestLevelModulation,NLM)求得子模塊投入到變換器各上下橋臂中的數(shù)目，其公式如下，其中表示需要變換器輸出的交流側(cè)參考電壓信號，N為橋臂包含子模塊數(shù)，Npi和Nni為子模塊數(shù)目，P代表上橋臂，n代表下橋臂，i代表(a、b、c)；(2)根據(jù)步驟(1)計算出的Npi和Nni生成六個橋臂的觸發(fā)信號A1來控制各個子模塊電力電子開關(guān)的開通與關(guān)斷；(3)根據(jù)步驟(2)生成的觸發(fā)信號判斷上橋臂和下橋臂子模塊是否需要切除或投入；(4)當判斷出需要上橋臂切除1個子模塊、下橋臂投入1個子模塊時，發(fā)出改進調(diào)制觸發(fā)信號A2；(5)根據(jù)步驟(4)中的改進調(diào)制觸發(fā)信號，在下橋臂投入子模塊的同時保持上橋臂中子模塊狀態(tài)不變，并生成相應(yīng)的六個橋臂的觸發(fā)脈沖，以使原有的兩個電平之間多出一個過渡狀態(tài)，變換器工作在過渡狀態(tài)時的輸出電平介于原有的兩個輸出電平之間，由此將變換器的輸出電平由的N+1提升至2N+1。以子模塊數(shù)為4的MMC為例，表1為采用傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制的MMC工作狀態(tài)：表1包含4個子模塊的MMC工作狀態(tài)表表2為采用本方法的MMC工作狀態(tài)，由表可知，MMC電平數(shù)由5個增加為9個，表中序號2、4、6、8為采用本方法時增加的過渡電平：表2包含4個子模塊的MMC改進工作狀態(tài)表序號Nin_topNin_low交流電壓uac140Udc/2241Udc/2～Udc/4331Udc/4432(Udc/4)～052206230～(-Udc/4)713-Udc/4814(-Udc/4)～(-Udc/2)904-Udc/2圖3(a)和(b)分別為采用傳統(tǒng)NLM調(diào)制策略和本發(fā)明所提改進調(diào)制策略時MMC變換器交流側(cè)輸出電壓波形，仿真中MMC子模塊數(shù)N＝4，由仿真結(jié)果可以看出，采用改進型調(diào)制策略后，變換器交流側(cè)輸出電壓波形由5個電平增加到9個電平，電平數(shù)提高了近一倍，從而有效減小了階梯波與正弦調(diào)制波之間的誤差，調(diào)制策略的逼近效果得到明顯改善。圖4(a)和(b)分別為采用傳統(tǒng)NLM調(diào)制和本發(fā)明所提改進調(diào)制策略時，變換器輸出電壓的FFT分析結(jié)果。對比圖4(a)(b)波形可知，采用改進型調(diào)制策略后，由于變換器交流側(cè)輸出電壓電平數(shù)增加，變換器包括3、5次在內(nèi)的輸出電壓諧波含量明顯減小，變換器的輸出性能得到顯著提升。圖5(a)(b)和(c)(d)分別為采用傳統(tǒng)調(diào)制策略和本方法時a相單元上下橋臂中4個子模塊的電容電壓波形。由圖可見，兩種調(diào)制策略下的子模塊電容電壓均維持穩(wěn)定且所有子模塊電容電壓保持均衡。但是由于投入子模塊數(shù)增多，采用本發(fā)明的子模塊電容電壓波動幅值較小，更小的電容電壓波動幅值有利于延長電容器的使用壽命，這也進一步體現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)勢。當前第1頁1 2 3