[发明专利]基于非线性规划的阶梯波脉宽调制方法

权利要求书

1.一种基于非线性规划的阶梯波脉宽调制方法，其特征在于由于N电平模块化多电平电压源换流器(MMC)输出的相电压波形具有1/4周期奇对称性，通过选择                                                周期内M个触发角（），使得换流器输出的阶梯波中基波分量逼近于给定的调制波，其中M值的取值原则及方法如下：

（1）确定M值

定义N脉冲数字脉宽调制(NP-DPWM)的调制度m为

其中、和分别为调制波电压峰值的瞬时值、额定值和标么值，而且正常运行时；U_dc是两极直流母线间电压；

NP-DPWM的调制度上限m_max由桥臂上子模块的冗余度决定，但是m_max≥1；若令稳态运行时调制度m=1，则随着m的增大或减小，换流器会通过投入或切除各桥臂上的子模块数以使输出阶梯波的幅值逼近调制波，当时单个电平的幅值没有变化；

设m=1时，MMC输出相电压的电平数为N₀；当m≠1时，各桥臂需要投入或切除的子模块个数?N为

投切后得到MMC输出相电压的新电平个数N₁为

于是，当电平数N₁为奇数时，；当N₁为偶数时，；

（2）傅里叶变换

对换流器输出的阶梯波电压u_ao进行傅里叶级数展开，以确定基波分量大小

a）相电压电平数N₁为奇数（如图5（a））时，经计算可得

式中U_C代表各子模块电容的额定电压，且；

综上可知，；

b）相电压电平数N₁为偶数（如图5（b））时，经计算可得

综上可知，；

（3）建立数学模型

根据上述阶梯波电压的傅里叶分析，便可确定每种情况下的非线性规划数学模型；

a）相电压电平数N₁为奇数时，NP-DPWM对应的非线性规划的数学模型为

其中U_C*是电容电压的标么值，且令U_dc* = 2 p.u.时，；

b）相电压电平数N₁为偶数时，NP-DPWM对应的非线性规划的数学模型为

。

2.根据权利要求1所述的基于非线性规划的阶梯波脉宽调制方法，其特征在于上述触发角初值的选择方法如下：

a）相电压电平数N₁为奇数

取，触发角初值的取值方法如下：

b）相电压电平数N₁为偶数

取，触发角初值的取值方法如下：

。

3.根据权利要求1所述的基于非线性规划的阶梯波脉宽调制方法，其特征在于上述仿真验证方法如下：

借助MATLAB/LabVIEW交互混合仿真，在MATLAB仿真环境下编写了NP-DPWM的程序，得到触发角和输出相电压波形的采样值，再实时送到LabVIEW仿真平台下进行准确地谐波分析，计及稳态运行时系统电压的极限波动范围是± 10%，令调制度0.9 ≤ m ≤ 1.1，得到不同电平数和调制度m下MMC输出相电压的THD值。