一种降低模块化多电平换流器交流电压低阶谐波调制方法转让专利
申请号 : CN201911099461.8
文献号 : CN110994964B
文献日 : 2021-06-15
发明人 : 王宝安 , 邓富金 , 喻强
申请人 : 东南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种降低模块化多电平换流器交流电压低阶谐波调制方法,其特征在于,所述模块化多电平换流器采用载波层叠脉冲宽度调制方法进行调制,设定三相模块化多电平换流器每个桥臂的子模块数目为N,则每个桥臂都有N个幅值、频率、相位都相同的三角形载波,自上而下均匀分布在[0,Cxj]的范围内,每个三角形载波的幅值为Cxj/N,其中,x=u、l,分别代表上、下桥臂,j=a、b、c,分别代表A、B、C三相,在每个载波周期内,桥臂调制波与三角形载波比较后,得到该桥臂需要投入的子模块数目,然后再经过电容电压排序均压方法,生成该桥臂每个子模块的驱动脉冲;
其中,j相载波分布范围的上限值Cxj,计算步骤为:步骤1,在每个载波周期内,分别将j相上、下桥臂的参考电压进行归一化,得到j相上、下桥臂大小在0‑1之间的调制波yuj、ylj;
步骤2,分别采样直流电压Udc,以及j相上、下桥臂中所有子模块的电容电压ucuj_i和uclj_i,其中,ucuj_i表示j相上桥臂第i个子模块的电容电压,uclj_i表示j相下桥臂第i个子模块的电容电压;
步骤3,根据步骤2电容电压采样值分别计算j相上桥臂子模块电容电压之和 以及下桥臂子模块电容电压之和
步骤4,计算j相由于电容电压波动引起的开关函数偏差量Δyj;
所述开关函数偏差量Δyj,计算公式为:其中,Udc表示直流电压,yuj、ylj分别表示j相上、下桥臂的调制波,ucuj_i表示j相上桥臂第i个子模块的电容电压,uclj_i表示j相下桥臂第i个子模块的电容电压;
步骤5,根据开关函数偏差量Δyj,计算j相上、下桥臂层叠三角形载波分布范围的上限值Cuj、Clj:
2.根据权利要求1所述降低模块化多电平换流器交流电压低阶谐波调制方法,其特征在于,所述桥臂调制波与三角形载波比较后,得到该桥臂需要投入的子模块数目,具体为:桥臂调制波与每个三角形载波进行大小比较,如果调制波大于或等于某三角形载波,则结果等于1;如果调制波小于某三角形载波,则结果等于0;将调制波与N个三角形载波比较的结果求和,即为该桥臂需要投入的子模块数目。
说明书 :
一种降低模块化多电平换流器交流电压低阶谐波调制方法
技术领域
背景技术
常适合用于中高压大容量的电力电子变换领域,在中压电机驱动、中压配电网等中压场合
中具有很大的应用前景。
开关过程中。在中压应用场合中,MMC的模块数目往往并不是很多,脉冲宽度调制(PWM)方法
广泛应用于这种场合。MMC的交流侧一般串接电抗器,对于PWM产生的高阶谐波具有明显的
抑制作用。而MMC子模块电容电压的波动会导致交流电压出现低阶谐波。由于频率较低,交
流侧的电抗器一般很难抑制这种低阶谐波。传统的调制方法将每个模块的电容电压视为平
均值且保持不变,忽略了电容电压波动的影响。目前也有少数论文注意到了电容电压波动
的影响。例如,有学者从桥臂层面上,提出用桥臂参考电压除以子模块电容电压实际值,以
得到桥臂投入的子模块的数目。但是该方法在实际使用时,必须配置额外的上、下桥臂能量
均衡控制器,否则系统容易发散。该上、下桥臂能量均衡控制器需要复杂的PI参数设计。此
外,还有的学者从子模块层面出发,结合载波移相脉冲宽度调制方法,每个子模块分配一个
载波,通过该模块的电容电压实时改变该模块的载波幅值,从而修正了该模块在每个载波
周期内的投入占空比,但是这种方法仅仅适用于每个模块附加专门的电容电压均衡控制器
的情况,在更为普遍的基于桥臂电容电压排序的电容均压控制情况中无法应用。
发明内容
围,修正了调制结果,也就等效修正了开关函数,从而消除了由于电容电压波动引起的交流
电压的低阶谐波问题。
子模块数目为N,则每个桥臂都有N个幅值、频率、相位都相同的三角形载波,自上而下均匀
分布在[0,Cxj]的范围内,每个三角形载波的幅值为Cxj/N,其中,x=u、l,分别代表上、下桥
臂,j=a、b、c,分别代表A、B、C三相,在每个载波周期内,桥臂调制波与三角形载波比较后,
得到该桥臂需要投入的子模块数目,然后再经过电容电压排序均压方法,生成该桥臂每个
子模块的驱动脉冲;
模块的电容电压;
比较的结果求和,即为该桥臂需要投入的子模块数目。
频谐波分量具有较好的抑制作用,对于低阶谐波的抑制效果很小。传统调制方法忽略了电
容电压的波动的影响。本发明提出了一种幅值范围可变的载波层叠脉冲宽度(PD‑PWM)调制
方法,幅值根据电容电压实时测量值进行修正。这样就把电容电压波动的因素考虑进来,从
而能够有效降低MMC交流电压的低频谐波,减小交流侧THD,提高交流电压波形质量。
上、下桥臂的电容电压被同时采用以计算一个偏差量Δyj,在此基础上,得到上、下桥臂的
层叠载波的幅值范围,这样既在调制中考虑了电容电压波动的影响,又能够保证系统不发
散,避免了复杂的PI控制器设计。整个控制策略非常简单,易于实施。
附图说明
具体实施方式
调制结果,从而等效修正了桥臂的开关函数,降低了电容电压波动所导致的MMC交流电压低
频谐波。
臂模块数目为N;对于每一个桥臂,一共有N个幅值、频率、相位都相同的三角形载波,自上而
下均匀分布在[0,Cxj]的范围内(x=u、l,分别代表上、下桥臂,j=a、b、c,分别代表A、B、C三
相。下同)。则每个载波的幅值为Cxj/N。在每个载波周期内,Cxj由算法计算得到。桥臂调制波
和幅值可变的载波进行大小比较,计算调制波大于三角形载波的个数,即为该桥臂需要投
入的子模块数目,然后再经过电容电压排序均压方法,生成该桥臂每个模块的驱动脉冲。
上桥臂期望输出电压与实际输出电压的偏差,二者相减之差等于交流电压的期望值和实际
值的偏差;再除以上下桥臂所有模块的电容电压之和,得到参考偏差量Δyj。
上、下桥臂能量均衡控制器。如图3所示,为一个桥臂载波幅值范围变化的仿真实例,其中模
块数目N为4。
变化时,即本发明所提出的调制方法下,A相交流电压的仿真结果FFT分析情况。两次结果除
了调制方法不同,其余参数和控制方法均相同。载波频率为2kHz。图4和图5不包含和PWM有
关的高频。从中可以看到,由于本发明根据电容电压实际值实时调节载波幅值范围,考虑了
电容电压波动的影响,采用本发明所提出的调制方法能降低交流电压低阶谐波的幅值和总
谐波畸变率(THD)。
之内。