[发明专利]一种基于等间隔触发控制的NLM调制MMC谐波分析方法

说明书

本发明公开了一种基于等间隔触发控制的NLM调制MMC谐波分析方法，采用时域解析法，从最近电平逼近调制技术的特征出发建立MMC的谐波模型，将阶梯波分解成一系列矩形波的叠加，再利用傅里叶级数展开，最后得到了一个通用的等间隔触发控制MMC的差模相电压谐波解析表达式。该发明实现了仅用直流侧母线电压V_dc、载波比F、调制比m、每相上/下桥臂包含的子模块数N、一个基波周期内等间隔触发控制开始时刻对应的电角度θ₁，这5个输入数据，求得等间隔触发控制下最近电平逼近调制MMC的差模相电压各次谐波含量。所以，从MMC的交流侧端口看进去，我们可以将MMC近似看作一个谐波电压源。

技术领域

本发明属于电力系统谐波分析领域，具体涉及一种基于等间隔触发控制的NLM调制MMC谐波分析方法。

背景技术

随着电力系统的发展，越来越多的电力电子元件和新能源等非线性元件投入电力系统，电力系统谐波问题愈发突出。模块化多电平换流器(modular multilevelconverter，MMC)作为基于电压源换流器的高压直流输电工程VSC-HVDC的核心技术，在高压大功率变换器领域具有广阔的应用前景。MMC拓扑结构高度模块化，具有低损耗、输出电压谐波畸变小、便于拓展的优点。另一方面，高电平数的MMC硬件电路及其控制结构复杂、调制策略设计和电容均压控制等，使得MMC的谐波特性分析具有一定难度。调制方式是影响换流器性能的关键技术之一。最近电平逼近调制技术(nearest level modulation，NLM)是通过产生阶梯波来逼近正弦调制波，适用于电平数多的换流器。基于最近电平逼近调制的模块化多电平换流器谐波建模，对交直流混联电力系统的稳定运行及其谐波潮流分析具有重要意义。

NLM调制策略的实现，依赖于特定时刻下对全控型电力电子器件，例绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的开关状态进行控制，即触发控制。MMC的触发控制包括实时触发和等间隔触发。理论分析中，实时触发表示MMC的控制频率为无穷大，即MMC可以看成是时域上的连续控制。在实际电力系统中，控制系统的控制频率为有限值。即每隔一个控制周期，控制系统进行NLM算法，发出IGBT触发信号。

以往研究很少考虑实际控制的不连续问题，缺少对等间隔触发下最近电平逼近调制MMC的建模分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于等间隔触发控制的NLM调制MMC谐波分析方法，以克服现有技术的缺陷，本发明采用时域解析法，从最近电平逼近调制技术的特征出发建立MMC的谐波模型，将阶梯波分解成一系列矩形波的叠加，再利用傅里叶级数展开，最后得到了一个通用的等间隔触发控制MMC的差模相电压谐波解析表达式。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于等间隔触发控制的NLM调制MMC谐波分析方法，包括以下步骤：

步骤1、对于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC),画出它在最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)策略下的正弦调制波、等间隔触发控制时刻、及其产生的阶梯波；并且，写出调制波、和等间隔触发控制时刻的表达式；

步骤2、将阶梯波分解成一系列矩形波的叠加；

步骤3、对每个矩形波进行傅里叶分解，得到其傅里叶三角级数展开式；

步骤4、根据最近电平逼近调制策略的特征，化简步骤3中矩形波的傅里叶展开式；

步骤5、将步骤4中得到的一系列的简化矩形波表达式叠加，得到阶梯波的傅里叶三角级数展开式。根据MMC的单相等效电路图，阶梯波即是差模电压；通过差模电压的傅里叶展开表达式，实现对MMC交流测电压的各次谐波幅值及其相位的分析。