[发明专利]一种模块化多电平变换器的调制策略

说明书

技术领域

本发明涉及多电平电力电子变换器领域的调制技术，具体涉及模块化多电平变换器的载波脉宽调制策略。

背景技术

在高压大功率领域，多电平电力电子变换器以其独特的优势得到越来越广泛的应用。模块化多电平变换器是一种新型电压源型变换器，其采用严格的模块化设计结构，在大规模生产时降低了生产成本；通过子模块的串联，变换器的电压等级和功率等级易于扩展；变换器多电平的输出形式降低了输出电压的谐波含量和总畸变率，从而可以减小甚至省去大容量的交流滤波器；各桥臂子模块不需同时开通，降低了桥臂电压、电流的变化率，使得开关器件承受的应力大大降低；同时，模块化多电平变换器保护电路简单，易于实现。

多电平电力电子变换器的调制策略主要有载波脉宽调制策略和空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略等。由于SVPWM策略在输出电平数增加时，计算变得非常复杂且冗余矢量选择较为困难，较少用于三电平以上的变换器。载波脉宽调制策略的应用较为广泛，目前用于模块化多电平变换器的载波脉宽调制策略大都采用了载波移相技术。采用载波移相脉宽调制策略时，每相上、下桥臂各需要一个调制波和N个依次移相的载波，在不提高开关频率的前提下大大降低输出电压的谐波含量，易于模块化实现，并且使得开关器件的工作负荷均衡一致。但是，由于每个移相所得的载波都需要单独生成并且要求彼此进行同步，采用载波移相脉宽调制策略时会增加控制系统的工作负荷。特别是当变换器电平数较高，子模块数量较多时，采用该调制策略需要生成大量载波，对系统的软硬件资源要求较高。本发明模块化多电平变换器调制策略与载波移相脉宽调制策略取得相同输出电能质量的同时，不需要对载波进行移相控制，并且每相仅需要一个调制波和N个载波，将调制波和载波数量减少一半，也无需设计子模块电容电压均衡闭环控制算法，大幅度节省系统的软硬件资源，便于工程实现，更适用于电平数较多的模块化多电平变换器。

发明内容

本发明的目的是针对模块化多电平变换器这种新型拓扑结构，对现有的载波调制策略进行改进，在保证变换器输出电能质量的前提下降低对系统软硬件资源的要求。

本发明所述模块化多电平变换器的每相由上桥臂、下桥臂和电抗器构成。本发明模块化多电平变换器的调制策略根据载波层叠调制方法生成上桥臂和下桥臂的PWM脉冲，通过对桥臂中子模块电容电压进行排序，结合桥臂电流方向，为各个子模块分配PWM脉冲，确定子模块的工作状态。

与已有的技术相比，本发明一种模块化多电平变换器的调制策略所具有的优点是：每相仅需要一个调制波和N个载波（N为模块化多电平变换器各相上桥臂或下桥臂的子模块个数），无需载波移相即可使模块化多电平变换器输出相电压为N+1电平，控制算法精确度高，易于工程实现，节省软件和硬件资源；可以保证任意时刻每相投入的子模块个数为N，子模块电容电压无需闭环控制策略即可实现电压均衡控制；同时，便于对模块化多电平变换器电压和功率等级的调整，不受电平数量的限制。

附图说明

图1是模块化多电平变换器的主电路拓扑

图2是模块化多电平变换器的子模块电路拓扑

图3是载波层叠调制原理图

具体实施方式

一种模块化多电平变换器的调制策略，其特征是：基于载波层叠方法，结合各桥臂电流方向和子模块电容电压顺序，确定各子模块的投切状态。

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

图1为模块化多电平变换器的主电路拓扑，各相由上桥臂、下桥臂和串联的电抗器L构成，上桥臂包括N个子模块（SM_u1-SM_uN），下桥臂包括N个子模块（SM_d1-SM_dN）。所有子模块的电路结构均相同，如图2所示。