[发明专利]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

说明书

本发明公开了一种降低模块化多电平换流器（MMC）交流电压低阶谐波调制方法，基于载波层叠脉冲宽度调制（PD‑PWM）方法，在每个载波周期，根据桥臂电容电压的实际测量值，实时计算和改变载波的幅值范围，从而修正了桥臂的调制结果，降低了电容电压波动所导致的MMC交流电压低频谐波。相比于现有的调制方法，本发明提出的调制方法考虑到了模块电容电压波动对交流输出电压的影响，通过改变载波幅值等效修正了桥臂开关函数，因此能够显著降低由于电容电压波动引起的交流电压的低阶谐波问题。

技术领域

本发明涉及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，属于大功率多电平电力电子变换器技术领域。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)采用多个模块级联的结构，易于拓展，克服了目前全控型功率开关器件电压等级的限制和器件串联难度大的问题，而且具有较高的效率，因此非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。

交流电压波形质量的改善是MMC的重要研究内容之一。按照频谱分布的不同，MMC交流电压的谐波可分为低阶谐波和高阶谐波两大类。高阶谐波主要产生于功率开关器件的开关过程中。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

本发明所要解决的技术问题是：提供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，将模块电容电压的实际值引入调制过程，通过实时改变层叠载波的幅值范围，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。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

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，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,C_xj]的范围内，每个三角形载波的幅值为C_xj/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C_xj，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y_uj、y_lj；

步骤2，分别采样直流电压U_dc，以及j相上、下桥臂中所有子模块的电容电压u_{cuj_i}和u_{clj_i}，其中，u_{cuj_i}表示j相上桥臂第i个子模块的电容电压，u_{clj_i}表示j相下桥臂第i个子模块的电容电压；