一種模塊化多電平換流器的雙載波調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及模塊化多電平換流器，特別是一種模塊化多電平換流器的雙載波調(diào)制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器（Mo化IarMultilevelConveners，MMC)具有高度模塊化、 易拓展、易實(shí)現(xiàn)冗余、高效率、諧波特性好、能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行等特點(diǎn)，目前已成為中高壓應(yīng) 用領(lǐng)域最具吸引力的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在柔性直流輸電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電能質(zhì)量治理等領(lǐng)域具 有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 多電平調(diào)制技術(shù)與電容電壓平衡控制方法是模塊化多電平換流器穩(wěn)定高效運(yùn)行 的關(guān)鍵技術(shù)。目前MMC的調(diào)制技術(shù)主要包括特定諧波消除法、空間矢量調(diào)制、最近電平逼近 調(diào)制、載波移相調(diào)制、載波同相層疊調(diào)制。其中特定諧波消除法具有輸出波形質(zhì)量好、開(kāi)關(guān) 損耗低等特點(diǎn)，但是由于計(jì)算復(fù)雜，通常采用離線查表法進(jìn)行控制，動(dòng)態(tài)性能差；空間矢量 調(diào)制具有直流電壓利用率高等特點(diǎn)，但是隨著輸出電平數(shù)的增加，其運(yùn)算復(fù)雜性W指數(shù)級(jí) 增加，僅適合輸出電平數(shù)較少的應(yīng)用場(chǎng)合；最近電平逼近調(diào)制具有運(yùn)算量小、易于實(shí)現(xiàn)等特 點(diǎn)，適用于子模塊數(shù)較多的應(yīng)用場(chǎng)合，但是當(dāng)應(yīng)用于模塊數(shù)較低的場(chǎng)合時(shí)，輸出波形質(zhì)量較 差；載波移相調(diào)制具有等效開(kāi)關(guān)頻率高、子模塊能量分配較為均衡等優(yōu)點(diǎn)，但是每個(gè)子模塊 均需附加電容電壓平衡控制器，當(dāng)子模塊數(shù)較多時(shí)，系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，同時(shí)附加 的控制必然導(dǎo)致橋臂電流諧波含量的增加，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；載波同相層 疊調(diào)制策略具有良好的線電壓諧波特性，但是傳統(tǒng)的載波層疊調(diào)制應(yīng)用于MMC時(shí)，難W實(shí) 現(xiàn)不同子模塊間的功率均衡分配;MMC采用載波移相調(diào)制策略與載波同相層疊調(diào)制時(shí)，每 個(gè)子模塊均需要一個(gè)對(duì)應(yīng)的載波實(shí)現(xiàn)調(diào)制，運(yùn)對(duì)于子模塊數(shù)量很多的應(yīng)用場(chǎng)合，例如柔性 直流輸電等應(yīng)用場(chǎng)合，控制器設(shè)計(jì)將變得更加復(fù)雜，影響了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。
[0004] 電容電壓平衡控制是實(shí)現(xiàn)MMC穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，目前基于排序的電容電壓平 衡控制方法應(yīng)用較為廣泛。電容電壓平衡控制方法通常與MMC的調(diào)制策略結(jié)合在一起，首 先通過(guò)調(diào)制策略得到需要投入運(yùn)行或切除的子模塊數(shù)，再通過(guò)基于排序的電容電壓平衡控 制方法，實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓的平衡控制。目前基于排序的電容電壓平衡控制方法主要有 兩種：傳統(tǒng)的電容電壓平衡控制方法和減少開(kāi)關(guān)頻率的電容電壓平衡控制方法。傳統(tǒng)的電 容電壓平衡控制方法需要對(duì)所有子模塊從大到小進(jìn)行排序，再根據(jù)投入的子模塊數(shù)、電壓 大小和電流方向，對(duì)相應(yīng)數(shù)量的子模塊進(jìn)行投切操作，計(jì)算量大并且開(kāi)關(guān)損耗較高；減少開(kāi) 關(guān)頻率的電容電壓平衡控制方法根據(jù)投入子模塊數(shù)的變化量，僅對(duì)已投運(yùn)的子模塊或未投 運(yùn)的子模塊進(jìn)行操作，減少了開(kāi)關(guān)頻率，但是減少開(kāi)關(guān)頻率的電容電壓平衡控制方法仍然 需要對(duì)子模塊從大到小進(jìn)行排序，當(dāng)子模塊數(shù)量較大時(shí)，其運(yùn)算量仍然較大，影響了控制系 統(tǒng)的性能。由于MMC在大多數(shù)運(yùn)行工況下，并不需要對(duì)所有未投入運(yùn)行或者已投運(yùn)子模塊 進(jìn)行操作，在MMC穩(wěn)定運(yùn)行并且控制頻率足夠高時(shí)，MMC投入或切除子模塊數(shù)的變化量通常 為+1、-1和0 ;在MMC暫態(tài)運(yùn)行時(shí)，例如功率翻轉(zhuǎn)等工況下，需要同時(shí)投入或切除多個(gè)子模 塊，因此根據(jù)MMC的運(yùn)行工況進(jìn)行電容電壓排序，即根據(jù)子模塊投入或切除的變化量進(jìn)行 排序，僅算得需要切除或投運(yùn)的子模塊，能在減少開(kāi)關(guān)頻率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少運(yùn)算量，提 局巧制系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種模塊化多電平換流 器的雙載波調(diào)制方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種模塊化多電平換流器的 雙載波調(diào)制方法，模塊化多電平換流器包括=相六個(gè)橋臂，每相包括上橋臂和下橋臂，所述 上橋臂和下橋臂包括N個(gè)串聯(lián)的半H橋型子模塊與電抗，所述半H橋子模塊包括一個(gè)開(kāi)關(guān) 臂和一個(gè)與所述開(kāi)關(guān)臂并聯(lián)的電容，所述開(kāi)關(guān)臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管，該方法包括W下 步驟：
[0007] 1)通過(guò)雙載波調(diào)制分別得到模塊化多電平換流器曰，b，C=相上橋臂和下橋臂需 要投入的半H橋型子模塊數(shù)和#^""，進(jìn)一步得到第k個(gè)控制周期需要投入的半H橋型 子模塊數(shù)變化量；其中下標(biāo)Pj表示j相上橋臂，nj表示j相下橋臂，jG[a,b，C]，上標(biāo)dcm表示雙載波調(diào)制，kG[0, 1，…，n];
[000引 2)檢測(cè)各個(gè)半H橋型子模塊電容電壓和各橋臂電流，根據(jù)投入子模塊變化量的絕 對(duì)值，判斷其運(yùn)行工況，并通過(guò)電容電壓平衡控制方法，實(shí)現(xiàn)電容電壓平衡控制。
[0009] 所述步驟1)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括W下步驟：
[0010] 1)將第j相上橋臂和下橋臂的參考電壓Z皆和<分別除WH橋型子模塊電容電 壓平均值UC，得到上橋臂和下橋臂的調(diào)制波喘"和締"，并分別對(duì)皆"和皆M進(jìn)行向下取 整運(yùn)算，得到需要投入運(yùn)行的H橋型子模塊數(shù)的整數(shù)部分和;
[0011] 2)將第j相上橋臂的參考電壓U；；/'減去整數(shù)部分的UC倍，將下橋臂的參考電 壓 < 減去整數(shù)部分的UC倍，得到上橋臂和下橋臂參考電壓的余數(shù)部分。;和誠(chéng)。'1 ; [001引 3)使用S角載波Wj和Mf分別對(duì)上橋臂和下橋臂進(jìn)行調(diào)制，場(chǎng)''和<嚴(yán)之間的移 相角為n，將上橋臂和下橋臂參考電壓的余數(shù)部分Wjd和0異d分別與載波!皆和I嗦''進(jìn)行 比較，得到上橋臂和下橋臂輸出的PWM部分~'r"和或r;
[0013] 4)分別將上橋臂和下橋臂對(duì)應(yīng)的整數(shù)部分和PWM部分相加，得到上橋臂和下橋臂 的多電平脈沖，即得到需要投入的H橋型子模塊數(shù)"'和。
[0014] 上橋臂和下橋臂的S角載波和的計(jì)算公式分別為：
[0015]
[0016]
[0017] 其中，CO。表示S角載波的角頻率，U徒示子模塊電容的平均值，m= 0, 1，…，n。 所述步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括W下步驟：
[0018] 1)檢測(cè)各個(gè)H橋型子模塊電容電壓，并依次存入數(shù)組U。[閑，將各個(gè)H橋型子模 塊的編號(hào)依次存入數(shù)組L[閑，將各個(gè)半H橋型子模塊的投入和切除狀態(tài)存入數(shù)組S[閑；其 中，iG1，2,…，N，N表示H橋型子模塊個(gè)數(shù)；
[0019] 。當(dāng)IAN化）I《1時(shí)，若AN(k) = 0,則保持當(dāng)前的半H橋型子模塊開(kāi)關(guān)狀態(tài)不 變；若AN(k) = 1并且橋臂電流1。"> 0,此時(shí)依次比較未投運(yùn)半H橋型子模塊電容電壓， 得到未投運(yùn)半H橋型子模塊中電容電壓最小的半H橋型子模塊》7和及其對(duì)應(yīng)的編號(hào)巧T， 則將編號(hào)為的半H橋型子模塊投入運(yùn)行，并將其狀態(tài)置1 ;若AN(k) = 1并且橋臂電流 1?！?lt; 0,則此時(shí)通過(guò)比較得到未投運(yùn)半H橋型子模塊中電容電壓最大值和及其對(duì)應(yīng)的 編號(hào)馬;％則將編號(hào)為^^的半H橋型子模塊投入運(yùn)行，并將其狀態(tài)置1 ;若AN(k) = -1并 且橋臂電流1。《> 0，此時(shí)通過(guò)比較得到已投運(yùn)半H橋型子模塊電容電壓，得到電容電壓最 大值媒&及其對(duì)應(yīng)的半H橋型子模塊編號(hào)巧,&，將編號(hào)為巧r的半H橋型子模塊切除，并將 其狀態(tài)清零；若AN(k) =-1并且橋臂電流1。"< 0,此時(shí)通過(guò)比較已投運(yùn)半H橋型子模塊電 容電壓，得到電容電壓最小值媒f及其對(duì)應(yīng)的半H橋型子模塊編號(hào)ISf，將編號(hào)為馬T的半H 橋型子模塊切除，并將其狀態(tài)清零；當(dāng)IAN化）I> 1時(shí)，若AN(k) > 1并且橋臂電流igfm >0,則依次比較未投入運(yùn)行的半H橋型子模塊的電容電壓，得到電容電壓最小的IAN(k) 個(gè)半H橋型子模塊，分別將其電壓和編號(hào)從小到大存入數(shù)組Uw[閑和Lwf[閑，并將運(yùn)些半H 橋型子模塊的狀態(tài)置1，投運(yùn)電容電壓最小的IAN化）I個(gè)半H橋型子模塊；若AN(k) > 1 并且0,則依次比較未投入運(yùn)行的半H橋型子模塊的電容電壓，得到電容電壓最大的 AN化）I個(gè)半H橋型子模塊，分別將其電壓和編號(hào)從大到小存入數(shù)組Uw[閑和Lwf[閑，并 將運(yùn)些半H橋型