適用于載波移相調(diào)制的mmc子模塊電容電壓平衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中柔性直流輸電、電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種MMC 子模塊電容電壓平衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平變換器（modularmultilevelconverter，MMC)廣泛應(yīng)用在柔性直 流輸電領(lǐng)域，是一種適用于高壓大功率應(yīng)用的電力電子變換器，可擴(kuò)展性強(qiáng)，子模塊中功率 開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力小，具有較多的電平數(shù)，輸出電能質(zhì)量較高。子模塊電容電壓平衡控制是 MMC關(guān)鍵控制技術(shù)之一，MMC需要采用適當(dāng)?shù)淖幽K電容電壓平衡控制方法使各子模塊電 容電壓保持一致，避免子模塊電容電壓發(fā)散。
[0003] 模塊數(shù)較少的MMC常采用載波移相調(diào)制方法，可以獲得較高的等效開(kāi)關(guān)頻率和較 小的諧波，各子模塊工作狀態(tài)相對(duì)均衡。
[0004] 目前適用于這種調(diào)制方法的子模塊電容電壓平衡控制技術(shù)可以分為兩類：
[0005] 1、調(diào)制波修正
[0006] 該方法采樣橋臂中各子模塊電容電壓的大小和橋臂電流方向，采用特定的算法在 各子模塊的調(diào)制波中加入一定的修正分量，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子模塊的電容電壓平衡。該方法的缺 陷是：修正分量使原調(diào)制波產(chǎn)生畸變，在輸出電壓、電流中產(chǎn)生了非理想分量，影響了MMC 輸出電能的質(zhì)量；另一方面，該方法需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)計(jì)算，對(duì)控制器硬件資源要求較 尚。
[0007] 2、載波相位修正
[0008] 該方法的載波采用不均等移相角，并對(duì)子模塊電容電壓進(jìn)行排序，根據(jù)子模塊電 容電壓的大小分配由不同載波所產(chǎn)生的脈沖，實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡。該方法的缺陷是： 不均等移相的載波在橋臂中形成環(huán)流，該環(huán)流會(huì)體現(xiàn)在MMC的直流側(cè)電流或交流側(cè)電流 中，影響了MMC輸出電流質(zhì)量。
[0009] 經(jīng)檢索，"采用載波移相技術(shù)的模塊化多電平換流器電容電壓平衡控制"（中國(guó)電 機(jī)工程學(xué)報(bào)，第31卷，第21期，2011)，該文獻(xiàn)中為了實(shí)現(xiàn)電容電壓平衡控制，設(shè)計(jì)了多個(gè) 控制器對(duì)子模塊的調(diào)制波進(jìn)行修正；修正后的調(diào)制波產(chǎn)生的畸變會(huì)對(duì)MMC直流側(cè)、交流側(cè) 輸出產(chǎn)生影響，使電流諧波變大、環(huán)流增加；每個(gè)子模塊都需要多個(gè)獨(dú)立控制器，算法較為 復(fù)雜，當(dāng)MMC子模塊數(shù)增加時(shí)，需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)起來(lái)具有一定難度。"采用 載波移相調(diào)制的模塊化多電平換流器電容電壓平衡控制"（中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，第32卷， 第9期，2012)，該文獻(xiàn)在子模塊參考電壓上引入帶有橋臂電流相位的附加參考電壓，本質(zhì) 上仍是通過(guò)修正調(diào)制波來(lái)達(dá)到均衡電容電壓的目的，修正后的調(diào)制波產(chǎn)生的畸變會(huì)對(duì)MMC 直流側(cè)、交流側(cè)輸出產(chǎn)生影響，使電流諧波變大、環(huán)流增加，這是該類方法的固有問(wèn)題。"A ControlMethodforVoltageBalancinginModularMultilevelConverters'，（IEEE transactionsonpowerelectronics,vol. 29,no. 1,2014)，該文獻(xiàn)米用的載波移相調(diào)制中 各個(gè)載波移相角不等，在橋臂中產(chǎn)生了一個(gè)頻率高于載波的環(huán)流，利用該環(huán)流對(duì)電容的充 放電實(shí)現(xiàn)電容電壓的均衡，該方法的缺陷在于橋臂中高頻環(huán)流會(huì)體現(xiàn)在MMC的直流電流或 交流電流中，使電流諧波變大，是這種方法難以回避的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于載波移相調(diào)制的MMC子 模塊電容電壓平衡控制方法，該方法在不改變?cè)姓{(diào)制波的條件下實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平 衡，在調(diào)制效果上實(shí)現(xiàn)與載波移相調(diào)制的完全等效；在實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡的同時(shí)，不 產(chǎn)生額外環(huán)流，保證輸出電流質(zhì)量。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種適用于載波移相調(diào)制的MMC子模塊電容電壓平 衡控制方法，該方法是在傳統(tǒng)載波移相調(diào)制的基礎(chǔ)上，將一個(gè)載波周期內(nèi)的脈沖拆分為前 半周期脈沖和后半個(gè)周期脈沖，得到半個(gè)載波周期內(nèi)的脈沖占空比的排序規(guī)律，每半個(gè)載 波周期對(duì)所有子模塊電容電壓進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)排序，依據(jù)電容電壓的大小將半個(gè)載波周期內(nèi) 的脈沖重新進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓的動(dòng)態(tài)平衡；
[0012] 所述方法包括如下步驟：
[0013]步驟1:對(duì)半個(gè)載波周期內(nèi)的脈沖占空比進(jìn)行排序；
[0014] 步驟2:每隔半個(gè)采樣周期對(duì)子模塊電容電壓值進(jìn)行采樣和排序；
[0015] 步驟3:根據(jù)橋臂電流方向和子模塊電容電壓排序結(jié)果進(jìn)行脈沖分配。
[0016] 優(yōu)選地，步驟1中，具體的：
[0017]任意選取一個(gè)載波作為基準(zhǔn)載波，記為C1，相位依次滯后的N-I個(gè)載波記為C2、C3……CN，由N個(gè)載波產(chǎn)生的脈沖分別記為PpP2……Pn;以載波C1兩個(gè)峰值之間的區(qū)域定 義為一個(gè)周期區(qū)間，載波C1由峰值降為最小值的區(qū)間為前半個(gè)載波周期區(qū)間，載波C1由最 小值增大為峰值的區(qū)間為后半個(gè)載波周期區(qū)間；由于調(diào)制波頻率遠(yuǎn)低于載波頻率，可以認(rèn) 為調(diào)制波在一個(gè)周期區(qū)間內(nèi)近似不變；
[0018]由載波移相調(diào)制規(guī)律推導(dǎo)出在基準(zhǔn)載波(^前半個(gè)載波周期內(nèi)和后半個(gè)載波周期 內(nèi)的各個(gè)脈沖占空比由大到小的排序規(guī)律，根據(jù)N的具體數(shù)值可以分為四種情況：

[0039] -旦模塊數(shù)N、基準(zhǔn)載波C1確定，則以上排序結(jié)果完全確定，屬于靜態(tài)排序。
[0040] 優(yōu)選地，步驟2中，具體的：
[0041] 分別在基準(zhǔn)載波C1的最大值和最小值處對(duì)子模塊電容電壓進(jìn)行采樣，并進(jìn)行排 序。
[0042] 優(yōu)選地，步驟3中，具體的：
[0043] 對(duì)橋臂電流進(jìn)行采樣，若橋臂電流向子模塊模塊電容進(jìn)行充電，則占空比從大到 小的N個(gè)脈沖依次分配給電容電壓從小到大的N個(gè)模塊；若橋臂電流對(duì)子模塊電容進(jìn)行放 電，則占空比從大到小的N個(gè)脈沖依次分配給電容電壓從大到小的N個(gè)模塊。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0045] 1)子模塊電容電壓收斂速度快、均衡效果好；
[0046] 2)只需對(duì)子模塊電容電壓每隔半個(gè)載波周期進(jìn)行一次排序，算法簡(jiǎn)單，便于實(shí) 現(xiàn)；
[0047] 3)調(diào)制效果完全等效于載波移相調(diào)制，輸出電壓不產(chǎn)生任何畸變，不會(huì)產(chǎn)生額外 的橋臂環(huán)流，輸出電能質(zhì)量較好。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0049]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的采用半橋結(jié)構(gòu)子模塊的MMC結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖2為傳統(tǒng)載波移相調(diào)制不意圖；
[0051]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的半載波周期脈沖占空比排序示意圖；
[0052] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的脈沖生成流程圖；
[0053] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的MMC子模塊電容電壓平衡仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施