[发明专利]一种MMC子模块的开关频率计算方法

说明书

本申请公开了一种MMC子模块的开关频率计算方法，包括：获取MMC的子模块数量、PWM调制的载波频率、参考波调制比和参考波频率；计算投入预设数量子模块时，开关频率增加的期望值；根据子模块数量、参考波频率和参考波调制比，计算一个基波周期内参考波与各层载波的分界点，其中，分界点将基波周期分成多个时间段；分别计算多个时间段内预设数量个子模块的投入时间；根据基波周期、期望值、投入时间和载波频率，计算子模块的开关频率。本申请提供的MMC子模块的开关频率计算方法，大大提高了计算MMC开关频率的准确性。

技术领域

本申请涉及变流器控制技术领域，尤其涉及一种MMC子模块的开关频率计算方法。

背景技术

MMC(Modular Multilevel Converter，子模块化多电平换流器)是一种结构高度子模块化的直流-交流电能变换设备，参见图1A，为一种三相MMC的拓扑结构图。如图1A所示，MMC左侧为直流侧，右侧为交流侧。每一相MMC由上下两个桥臂和桥臂电感组成，每个桥臂中包含1～n个串联的子模块(SM₁～SM_n)，子模块的结构如图1B所示，包括一个半桥电路和与半桥电路并联的电容C。其中，半桥电路包括开关管T₁和T₂，当T₁导通、T₂关断时，子模块投入到主电路中，且输出电压为电容电压；当T₁关断、T₂导通时，子模块从主电路中切除，且输出电压为零；利用开关信号对各子模块开关管的导通或关断进行控制，可控制各子模块从主电路中投入或切除，进而在MMC交流输出侧得到所需的交流电压。

对各子模块的开关管进行调制的常用方法为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)，参见图2，为现有技术中一种MMC的PWM调制波形图，如图2所示，T为基波(参考波)周期，载波1、载波2、载波3和载波4对应代表子模块SM₁、SM₂、SM₃和SM₄。调制原理为：判断某一时刻载波1(或载波2、载波3、载波4，调制原理相同)的幅值是否大于参考波5的幅值，如果大于，则开关信号输出高电平，子模块SM₁投入到主电路中，反之，则子模块SM₁从主电路中切除。

子模块的开关频率，即单位时间内子模块开关管的开关次数。开关频率是MMC输出谐波、器件损耗和换能效率等性能指标的重要影响因素，准确计算开关频率具有重要意义。由于PWM调制中，各子模块开关管的开关频率通常不同，造成各子模块电容C的损耗存在差异，导致各子模块的电容电压不平衡，因此，在PWM调制的基础上通常还会增加电压排序平衡算法进行电容电压平衡控制。电压排序平衡算法是指对各子模块电容电压进行采样，然后由大到小进行排序，利用子模块投入时交流电对子模块内电容进行充电或放电，优先投入电压较高或较低的子模块，从而增加优先投入子模块的投入时间，进而调整该子模块电容电压。

参见图3A，为未加入电压平衡排序算法的开关信号示意图，如图3A所示，子模块开关信号为高电平表示该子模块投入，从t_a时刻开始，根据MMC交流输出侧电压要求需要有一个子模块投入，3个子模块切除，利用PWM调制可得投入的子模块为SM4。参见图3B，为加入电压平衡算法的开关信号示意图，如图3B所示，t_a至t_b为电压排序平衡算法调整周期，该周期内计算得到SM3输出电压较低，因此从t_b时刻开始切除子模块SM4、优先投入子模块SM3，相较图3A，所有子模块的开关次数增加了2次，开关频率发生变化，但现有技术中在计算开关频率时，通常只根据载波频率进行计算，未考虑电压平衡排序算法会造成开关频率发生变化，计算的开关频率准确性较差。

发明内容

本申请提供了一种MMC子模块的开关频率计算方法，以解决开关频率准确性较差的问题。

本申请提供了一种子模块开关频率的计算方法，该方法包括：