[发明专利]降低模块化多电平换流器直流侧高频脉动电流控制方法

说明书

本发明公开了一种降低模块化多电平换流器直流侧高频脉动电流控制方法，三相MMC的每个桥臂设置两组相位可调的三角形载波，分别用来对参考波的基频分量和二倍频分量进行调制，两组调制的结果求和后再减去M/2，得到该桥臂需要投入的模块数目；然后再经过排序均压方法，得到最终每个模块的驱动信号。在每个载波周期，调节每一相的载波相位，使得三相桥臂电感上的电压脉冲相互抵消，对应的电流零序分量被消除，不会流入直流母线，从而减小直流母线上的高频电流谐波。本发明改善了二倍频环流控制所造成的MMC直流侧高频脉动电流问题，提高了MMC直流侧电流和功率质量。

技术领域

本发明涉及一种降低模块化多电平换流器直流侧高频脉动电流控制方法，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)采用多模块级联的结构，相比传统两电平和三电平换流器，MMC更便于拓展，而且效率更高，输出谐波更小，因此非常适合于中高压大容量的电力电子变换应用场合，在中压电机驱动、中压配电网、静止同步补偿器、统一潮流控制器等领域中具有很大的应用前景。

二倍频环流是MMC内部的一个重要运行特征。为了减小内部损耗或者优化损耗分布等其他目的，二倍频环流控制器已经成为MMC正常运行的必要控制结构。一般地，环流控制器根据输入电气量，经过内部计算得到二倍频电压参考波y_j2，然后分别加到每一相上、下桥臂的基频参考波-y_j1和y_j上，参与后期的调制和控制过程。然而，由于后期调制和控制中二倍频电压参考波y_j2的存在，使得在每个载波周期中，每一相上、下桥臂投入的模块数目之和不再始终等于桥臂模块数目N。当y_j20时，每一相上、下桥臂投入模块数目为N或N-1；当y_j20时，每一相上、下桥臂投入模块数目为N或N+1。如果直流母线电压保持恒定，当每一相上、下桥臂投入模块数目在N-1，N和N+1之间变动时，桥臂电感上就会相应地承受正的或者负的电压脉冲，脉冲高度等于1个模块的电容电压，进而产生电流，三相电流的零序分量会流入到直流侧，引起直流母线的高频脉动电流问题，使得直流侧电流和功率质量恶化。

针对该问题，目前已有的一种控制方法，是将每个桥臂的N个载波分成两部分，分别是N-1个和1个，其中N-1个载波用来调制基频参考波，剩下的1个用来调制二倍频参考波。然后通过调节载波相位的方式抵消三相电压脉冲。虽然该方法能够抑制直流脉动电流，但是载波的设置和调制过程导致了MMC能够传输的最大有功功率和无功功率显著下降的问题，大大限制了其应用场合。

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直流侧高频脉动电流控制方法，而且不会影响换流器传输有功功率和无功功率的能力。通过对A、B、C三相每个桥臂设置两组载波，分别用来调制基频参考波和二倍频参考波，给出了每组载波的数目和总体调制方式，并且在每个载波周期内调节每相载波的相位，使得桥臂电感上的电压脉冲之和始终等于零，从而消除了桥臂的零序电流，进而达到减小直流侧高频脉动电流的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种降低模块化多电平换流器直流侧高频脉动电流控制方法，其中模块化多电平换流器MMC的A、B、C三相各包含上、下两个桥臂，每个桥臂均包含N个完全相同的模块，所述控制方法包括：

(1)对于每一相的上、下桥臂均设置2组频率相同的等腰三角形载波：

对于上桥臂，第1组包含N个相位都相同的载波，自下而上均匀分布在[-1,1]范围内，幅值相同且等于2/N；第2组包含M个相位都相同的载波，自下而上均匀分布在[-1,1]范围内，幅值相同且等于2/M，第2组和第1组相位相差180°；当N是偶数时，M＝N；当N是奇数时，M＝N+1；

对于下桥臂，其第1组载波和上桥臂的第1组载波相位相差180°，其余设置相同；其第2组载波和上桥臂第2组载波相位相差180°，其余设置相同；