消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法

摘要

本发明公开了一种消除MMC(modularmultilevelconverter，模块化多电平换流器)共模电压的六段式最近电平逼近调制方法，包括：将一个工频周期等分为满足预设条件的第一至第六控制区域；在任一相的控制区域内，获取其他两相上桥臂和下桥臂投入的目标子模块数；根据其他两相上桥臂投入的目标子模块数得到任一相上桥臂投入的目标子模块数，并根据其他两相下桥臂投入的目标子模块数得到任一相下桥臂投入的目标子模块数，以抑制MMC共模电压。该方法能消除共模电压，有效降低系统漏电流和共模噪声，有效解决了现有MMC中存在着高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题。

权利要求

1.一种消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将一个工频周期等分为满足预设条件的第一至第六控制区域；

在任一相的控制区域内，获取其他两相上桥臂和下桥臂投入的目标子模块数；以及根据所述其他两相上桥臂投入的目标子模块数得到所述任一相上桥臂投入的目标子模块数，并根据所述其他两相下桥臂投入的目标子模块数得到所述任一相下桥臂投入的目标子模块数，以抑制MMC共模电压，其中，在任一相的控制区域内，所述任一相上桥臂投入的目标子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去所述其他两相上桥臂投入的目标子模块数之和，所述任一相下桥臂投入的目标子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去所述其他两相下桥臂投入的目标子模块数之和。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其他两相中任一相上桥臂、下桥臂投入的目标子模块数的表达式为：其中，j＝a,b,c，npj、nnj分别代表j相上桥臂、下桥臂投入的子模块数，N代表桥臂子模块数，round(x)表示与x最接近的整数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，

当在第一控制区域和第四控制区域内，a相和c相上桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第一数量，a相和c相下桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第二数量，b相上桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第一数量，b相下桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第二数量；

当在第二控制区域和第五控制区域内，所述b相和所述c相上桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第三数量，所述b相和所述c相下桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第四数量，所述a相上桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第三数量，所述a相下桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第四数量；

当在第三控制区域和第六个控制区域内，所述a相和所述b相上桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第五数量，所述a相和所述b相下桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第六数量，所述c相上桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第五数量，所述c相下桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第六数量。

4.根据权利要求1所述的方法，所述预设条件的多个控制区域为六个60°的控制区域。

说明书

消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法

技术领域

[0001] 本 发 明 涉 及 电 力 电 子 技 术 领 域 ，特 别 涉 及 一 种 消 除 M M C(modularmultilevelconverter，模块化多电平换流器)共模电压的六段式最近电平逼近调制方法。

背景技术

[0002] MMC作为一种具有广阔应用前景的电力电子变换器，已经在中、高压等领域得到了应用，具有诸多优点：低损耗、低阶跃电压、较低的低电磁干扰等。其中，MMC电路结构如图1所示，MMC的调制方式主要分为两种：(1)低开关频率调制，如：最近电平逼近调制、选择性谐波消除调制；(2)高开关频率调制，如：载波移相调制、载波层叠调制。

[0003] 然而，在目前MMC的研究中，对共模电压研究甚少。实际上，MMC中存在着高频共模电压，如图2所示，共模电压的幅值约为 不可忽略其存在。高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等，亟待解决。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法，该方法能消除共模电压，有效降低系统漏电流和共模噪声，有效解决了现有MMC中存在着高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题。

[0006] 为达到上述目的，本发明实施例提出了一种消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法，包括以下步骤：将一个工频周期等分为满足预设条件的第一至第六控制区域；在任一相的控制区域内，获取其他两相上桥臂和下桥臂投入的目标子模块数；根据所述其他两相上桥臂投入的目标子模块数得到所述任一相上桥臂投入的目标子模块数，并根据所述其他两相下桥臂投入的目标子模块数得到所述任一相下桥臂投入的目标子模块数，以抑制MMC共模电压。

[0007] 本发明实施例的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法，能够优化子模块开关序列，能够实时消除共模电压，从而明显地降低MMC漏电流，降低共模噪声，改善其工作性能，进而有效解决了现有MMC中存在着高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题。

[0008] 另外，根据本发明上述实施例的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法还可以具有以下附加的技术特征：

[0009] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在任一相的控制区域内，所述任一相上桥臂投入的目标子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去所述其他两相上桥臂投入的目标子模块数之和，所述任一相下桥臂投入的目标子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去所述其他两相下桥臂投入的目标子模块数之和。

[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，其他两相中任一相上桥臂、下桥臂投入的目标子模块数的表达式为：

[0011]

[0012] 其中，j＝a,b,c，npj、nnj分别代表j相上桥臂、下桥臂投入的子模块数，N代表桥臂子模块数，round(x)表示与x最接近的整数。

[0013] 进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当在第一控制区域和第四控制区域内，a相和c相上桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第一数量，a相和c相下桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第二数量，b相上桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第一数量，b相下桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第二数量；当在第二控制区域和第五控制区域内，所述b相和所述c相上桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第三数量，所述b相和所述c相下桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第四数量，所述a相上桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第三数量，所述a相下桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第四数量；当在第三控制区域和第六个控制区域内，所述a相和所述b相上桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第五数量，所述a相和所述b相下桥臂投入的目标子模块数之和为由所述表达式得到的第六数量，所述c相上桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第五数量，所述c相下桥臂投入的目标子模块数为所述3/2倍的桥臂子模块数减去所述第六数量。

[0014] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设条件的多个控制区域为六个60°的控制区域。

[0015] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0016] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0017] 图1为根据本发明实施例的MMC的电路结构示意图；

[0018] 图2为根据相关技术的最近电平逼近调制下MMC两种工况的共模电压示意图，其中，图2(a)为工况1，图2(b)为工况2；

[0019] 图3为根据本发明实施例的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法的流程图；

[0020] 图4为根据本发明实施例的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法的详细流程图；

[0021] 图5为根据本发明实施例的调制波和控制区域划分示意图；

[0022] 图6为根据本发明实施例的常规最近电平逼近调制的MMC各桥臂子模块投入个数变化示意图；

[0023] 图7为根据本发明实施例的六段式最近电平逼近调制的MMC各桥臂子模块投入个数变化示意图；

[0024] 图8为根据本发明实施例桥臂子模块数为12的MMC在母线电压800V、视在功率10kVA的两种工况下输出电压及共模电压示意图，其中，图8(a)为工况1，图8(b)为工况2；

[0025] 图9为根据本发明实施例桥臂子模块数为12的MMC在母线电压800V、视在功率10kVA的两种工况下按照传统最近电平调制和按照本发明实现的输出电压谐波分析对比：
图9(a)为工况1，图9(b)为工况2；

具体实施方式

[0026] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0027] 下面参照附图描述根据本发明实施例提出的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法。

[0028] 图3是本发明一个实施例的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法的流程图。

[0029] 如图3所示，该消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法包括以下步骤：

[0030] 在步骤S301中，将一个工频周期等分为满足预设条件的第一至第六控制区域。

[0031] 其中，在本发明的一个实施例中，预设条件的多个控制区域为六个60°的控制区域。

[0032] 可以理解的是，如图4所示，本发明实施例首先将一个工频周期等分为6个60°的控制区域。

[0033] 在步骤S302中，在任一相的控制区域内，获取其他两相上桥臂和下桥臂投入的目标子模块数。

[0034] 可以理解的是，在某相的控制区域内，其他两相上桥臂和下桥臂需要投入的子模块数按传统最近电平调制计算。

[0035] 进一步地，在本发明的一个实施例中，如图4所示，其他两相中任一相上桥臂、下桥臂投入的目标子模块数的实时表达式可以分别表示为：

[0036]

[0037] 其中，j＝a,b,c，npj、nnj分别代表j相上桥臂、下桥臂的实时投入的子模块数，round(x)表示与x最接近的整数。另外，如图1所示，每个桥臂均包括SM1～SMn这n个子模块，N代表桥臂子模块数，为常数。

[0038] 在步骤S303中，根据其他两相上桥臂投入的目标子模块数得到任一相上桥臂投入的目标子模块数，并根据其他两相下桥臂投入的目标子模块数得到任一相下桥臂投入的目标子模块数，以抑制MMC共模电压。

[0039] 其中，在本发明的一个实施例中，任一相上桥臂投入的目标子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去其他两相上桥臂和下桥臂投入的目标子模块数之和。

[0040] 具体而言，如图4所示，调节每个桥臂投入的子模块数具体包括：

[0041] 当在第一控制区域和第四控制区域内，a相和c相上桥臂和下桥臂需要投入的子模块数按公式1计算，b相上桥臂需要投入的子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去a相和c相上桥臂需要投入的子模块数之和，b相下桥臂需要投入的子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去a相和c相下桥臂需要投入的子模块数之和；当在第二控制区域和第五控制区域内，b相和c相上桥臂和下桥臂需要投入的子模块数按公式1计算，a相上桥臂需要投入的子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去b相和c相上桥臂需要投入的子模块数之和，a相下桥臂需要投入的子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去b相和c相下桥臂需要投入的子模块数之和；当在第三控制区域和第六个控制区域内，a相和b相上桥臂和下桥臂需要投入的子模块数按公式1计算，c相上桥臂需要投入的子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去b相和c相上桥臂需要投入的子模块数之和，c相下桥臂需要投入的子模块数为3/2倍的桥臂子模块数减去b相和c相下桥臂需要投入的子模块数之和。

[0042] 下面将通过一个具体实施例对消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法进行进一步阐述，具体如下：

[0043] 步骤1：a、b、c三相调制波的表达式：

[0044]

[0045] 步骤2：计算每相实时投入的子模块数，具体实施方法如下：

[0046] 将调制波每个周期等分为6个60°的控制区域，如图5所示；

[0047] 判断此时所处的控制区域，若此时处于控制区域Ⅰ或区域Ⅳ，三相上桥臂需要投入的子模块数的实时表达式可以表示为：

[0048]

[0049] 三相下桥臂需要投入的子模块数的实时表达式可以表示为：

[0050]

[0051] (1)若此时处于控制区域Ⅱ或区域Ⅴ，三相上桥臂需要投入的子模块数的实时表达式可以表示为：

[0052]

[0053] 三相下桥臂需要投入的子模块数的实时表达式可以表示为：

[0054]

[0055] (2)若此时处于控制区域Ⅲ或区域Ⅵ，三相上桥臂需要投入的子模块数的实时表达式可以表示为：

[0056]

[0057] 三相下桥臂需要投入的子模块数的实时表达式可以表示为

[0058]

[0059] 传统最近电平逼近调制下各桥臂子模块投入个数变化如图6所示；在使用本发明实施例的调制方法后，各桥臂子模块投入个数变化如图7所示。如图7所示，相对于图6来说，图7增加了必要的桥臂子模块投入个数变化，来补偿其他桥臂子模块投入个数的变化。

[0060] 总之，要保持以下关系：

[0061]

[0062] 进一步而言，图8为按照本发明实施例实现桥臂子模块数为12的MMC在母线电压800V、视在功率为10kVA的两种工况下输出电压以及共模电压示意图。图8(a)与图2(a)属于同一工况，其调制波峰值为310V，负载为阻感负载，定义为工况1；图8(b)与图2(b)属于同一工况，其调制波峰值为220V，负载为阻感负载，定义为工况2。如图8所示，在两种工况下，MMC共模电压均接近于零，从而降低MMC漏电流，降低共模噪声，改善MMC性能，以及有效解决现有MMC中存在着高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题。如图9所示，图9(a)为工况1下使用本发明的调制方法前后的谐波分析，图9(b)分别为工况2下使用本发明的调制方法前后的谐波分析，可以看出，本发明实施例的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法会使输出电压的THD增大。不过，在同一工况下，桥臂子模块数增加会使输出相电压THD减小，因此也会得到较好的谐波特性。

[0063] 综上，本发明实施例提出的消除MMC共模电压的六段式最近电平逼近调制方法，能够优化子模块开关序列，能够实时消除共模电压，从而明显地降低MMC漏电流，降低共模噪声，改善其工作性能，进而有效解决了现有MMC中存在着高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题。

[0064] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0065] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0066] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。