[发明专利]一种载波层叠脉宽调制下模块化多电平变换器的低频环流抑制方法

说明书

本发明公开了一种载波层叠脉宽调制下模块化多电平变换器的低频环流抑制方法，该方法在保证相桥臂输出电压电平严格等于目标波形电平的前提下，合理改善了原有状态机固定路径式的脉冲分配方式，通过在对环流有影响的电平时刻充分利用合适的冗余状态，使得环流的变化始终被限制在合理的范围之内，有效抑制了单元模块电容电压波动引起的低频环流大小，降低了单元模块的开关电流应力。与此同时，该低频环流抑制方法在保证不产生窄脉冲的前提下最大限度维持了单元模块开关动作的均匀化和最小化，保证了单元模块电容电压平衡不受影响。此外，该方法具有适当的限制频带，以确保单元模块开关不会频繁动作而引起单元模块损耗增加。

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术领域，主要涉及一种载波层叠脉宽调制下模块化多电平逆变器的低频环流抑制方法。

背景技术

近年来，模块化多电平变换器凭借其模块化、可拓展性、冗余化，可直接接入高压直流电，并且能够利用公共直流侧灵活交换功率而不影响交流系统等一系列优点，得到了业界和学术界的广泛关注。因此，模块化多电平变换器除了可以应用于高压直流输电系统之外，还适用于中高压电机驱动和中压有源滤波等场合。

在这些应用场合中，模块化多电平变换器各桥臂含有单元模块数量通常不超过20个，因此为了获得更为理想的交流输出电压谐波性能，需采用基于载波的调制策略。其中，基于载波层叠法的脉宽调制技术采用一个调制信号和多个上下排列的载波比较得到开关信号，其与载波移相法相比具有更好的线电压输出谐波性能。然而，如果对上、下桥臂分别采用载波层叠脉宽调制技术，其相桥臂输出电压将不再具备载波层叠调制特有的谐波输出特性，因而为了解决这一问题，应将每一相桥臂作为一个整体进行载波层叠调制，这种方法也被称之为模块化多电平变换器的最优载波层叠调制方法。

然而，当这一最优调制方法应用于模块化多电平变换器时，由于其对低频环流的影响在调制信号中无法体现，传统的基于子模块调制信号修正的低频环流抑制策略将不再适用，而必须对最终的脉冲分配环节进行重新设计，使其具有低频环流抑制能力。这也就要求，所需的脉冲分配环节需同时满足以下要求：(1)单元模块开关动作均匀化；(2)单元模块总开关动作次数最小化；(3)将环流控制在基准值附近等三个条件。

与此同时，这种具有环流抑制能力的脉冲分配环节还需进一步考虑冗余状态强制切换对单元模块开关频率、窄脉冲和单元模块电容电压平衡的影响。因此需要设计一种载波层叠调制下的模块化多电平变换器的脉冲分配方法，使其具有低频环流抑制能力，以提高装置在中低压场合运行性能。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种载波层叠脉宽调制下模块化多电平变换器的低频环流抑制方法。

技术方案：本发明的载波层叠脉宽调制下模块化多电平变换器的低频环流抑制方法包括以下步骤：

(1)分析得到桥臂单元模块数为N的模块化多电平变换器的所有不同开关状态组合，保留所有使环流无变化和变化率△I为U/2L的开关状态组合，去除所有其他冗余开关状态组合，其中，U为单元模块电容电压值，L为桥臂电感值；

(2)建立模块化多电平变换器的原始状态机型脉冲分配器，保证各模块单元脉冲分配的均匀化和总开关动作数的最小化；根据共模开关函数分析各个选定开关组合对环流的影响，使得环流的变化趋势始终满足不变―降低―不变―增大这一交错规律；

(3)选定当前对环流变化无影响的电平，在该电平所在的载波峰值或谷值检测主电路中环流的实时值大小，并根据环流值大小和原始状态机的下一开关状态组合确定状态选择路径；

(4)对一个基波周期的模块单元开关动作改变规律进行分析、计算，在满足各模块单元电容一个基波周期内的累计充放电电流为零的前提下实时调节环流的限制带宽大小，或适当增加模块单元的开关频率，以同时满足单元模块电容电压平衡和环流按需抑制这两个目标。