[发明专利]五电平及多电平层叠式多单元变换器调制控制方法

说明书

本发明涉及一种五电平及多电平层叠式多单元变换器调制控制方法，五电平层叠式多单元变换器，包括三个桥臂，每个桥臂为一相。每个桥臂均包括：第一模块单元、第二模块单元、上悬浮电容和下悬浮电容；多电平层叠式多单元变换器，包括三个桥臂，每个桥臂为一相。每个桥臂均包括：n个模块单元、n‑1个上悬浮电容和n‑1个下悬浮电容；所述载波调制方法相比原有方法的主要优势在于直接通过载波比较方式获取各个开关管的驱动信号，且能实现对于所述五电平及多电平层叠式多单元变换器中点电压和悬浮电容电压的同时控制。此外，该方案自然的避免了大换流回路开关切换过程，具有动态响应快、悬浮电容电压波动小、开关频率更低的优势。

技术领域

本发明涉及一种在五电平及多电平叠式多单元变换器中的调制策略及其配合的控制方案。

背景技术

层叠式多单元变换器(stacked multicell converter，SMC)是一种新的混合多电平拓扑。该拓扑由多个飞跨电容型变换器堆叠在一起，具有输出电平扩展简单、所需箝位电容容量小、功率密度高和易于模块化等优点。目前已成功应用于通用电气的MV6系列中高压、大功率交流传动装置之中。五电平及多电平层叠式多单元变换器存在悬浮电容电压不平衡和类似于二极管箝位型三电平变换器拓扑的直流母线中点电位低频波动问题。而悬浮电容电压偏移和直流母线中点低频电位波动会对输出电压电流总谐波失真(TotalHarmonic Distortion，THD)器件电压应力、共模电压、系统损耗等多方面造成影响，因此，需要相应的解决方案来抑制中点电位波动同时实现悬浮电容电压的平衡。

目前，抑制中点电位波动同时实现悬浮电容电压的平衡的方案可分成基于载波调制的方案和基于空间矢量调制的方案两类；空间矢量调制方案需要从众多的冗余矢量和开关状态中选择合适的开关序列，因此算法较为复杂，系统资源占用较大，且脉冲产生较为困难。另一方面，现有采用往三相电压调制波中注入特定的零序分量，在此基础上引入悬浮电容电压平衡控制的方案受限于系统功率因数和调制度，只能在一定范围内起到一定的抑制作用，无法实现全功率因数范围内抑制低频波动。另一种常见的中点电压低频波动抑制方法为双调制波方案，但现有方法在层叠式多单元变换器的应用中需要额外设计代价函数和脉冲产生方案，且无法规避大回路换流过程，因此造成了更高的电压电流应力和更高的开关频率。此外，上述两种方案均无法实现中点电压控制和悬浮电容电压平衡控制的解耦。

发明内容

本发明提出了一种调制控制方法，以解决现有方法无法实现五电平及多电平层叠式多单元变换器在全功率因数范围内抑制低频波动同时控制悬浮电容电压的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种五电平层叠式多单元变换器，包括：三个桥臂，每个桥臂为一相。每个桥臂均包括：第一模块单元、第二模块单元、上悬浮电容和下悬浮电容；第一模块单元和第二模块单元均包括：三个输入端子，三个输出端子和四个开关管；三个输入端子分别为输入端子一、输入端子二和输入端子三，三个输出端子分别为输出端子一、输出端子二和输出端子三，四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述开关管通常可选用IGBT或MOSFET；所述第一模块单元或第二模块单元中，第一开关管和第二开关管构成第一换流单元，第三开关管和第四开关管构成第二换流单元，第一开关管的第一极为输入端子一，第二开关管的第二极为输入端子二，第四开关管的第二极为输入端子三，第一开关管的第二极为输出端子一，第三开关管的第二极为输出端子二，第四开关管的第一极为输出端子三，第二开关管的第一极与第三开关管的第一极相连；第一模块单元的输入端子一、输入端子二、输入端子三分别与第二模块单元的输出端子一、输出端子二、输出端子三相连，上悬浮电容的第一极与第二极分别与第一模块单元的输入端子一和输入端子二相连，下悬浮电容的第一极与第二极分别与第一模块单元的输入端子二和输入端子三相连；第一模块单元的输出端子一、输出端子二、输出端子三直接相连作为该相交流输出端；直流侧上母线电容的第一极与第二极分别与第二模块单元的输入端子一和输入端子二相连，直流侧下母线电容的第一极与第二极分别与第二模块单元的输入端子二和输入端子三相连；