[发明专利]一种基于NL-SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法

说明书

本发明公开了一种基于NL‑SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，包括步骤：采用向下取整的原则产生一组逼近调制信号的阶梯波；采集向下逼近调制过程中阶梯波与正弦调制信号之间的误差信号，并将其作为阶梯波每个台阶上的调制信号；将调制信号叠加到利用向下逼近调制产生的阶梯波上，得到子模块开关控制信号。本发明提供的MMC双桥臂互补式混合调制方法，能够结合NLM方法与SPWM方法的优点，在保证输出波形质量的基础上，减低开关频率。

技术领域

本发明属于电力电子变换器的调制策略领域，具体涉及一种基于NL-SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法。

背景技术

新能源发电是解决用电需求快速增长、电网运行经济灵活等挑战的有效途径之一。光伏组件能够实现直流输出，便于光伏场接入。由于太阳能资源的分散性，光伏发电通过集散式架构接入中高压交流电网成为趋势。与传统的两电平电压源型变换器相比，模块化多电平具有可扩展性、灵活性、冗余性和低失真等优点，能够通过子模块的串联实现中高压的输出，模块化多电平变换器(MMC)已经成为中高压电网的首选技术。大容量集散式光伏电站经过中高压直流电网汇集接入，有助于实现系统的经济运行。对于具有数百个串联模块的高压直流输电系统，MMC在最近电平逼近调制(NLM)策略下可获得较为理想的正弦波电流。然而，对于10KV以下的中压直流(MVDC)输电系统，单相桥臂串联子模块较少，利用最近电平调制策略产生的阶梯波在逼近正弦调制信号的过程中会产生一部分误差信号，特别是电平数较少时，误差较大，输出相电压中会包含较大的低次谐波分量，输出相电流的畸变率较高。采用CPS-PWM调制方法可以降低谐波，谐波含量会低于NLM策略，但由于每个子模块都是独立调制的会使控制变得更加复杂，且子模块IGBT开关频率高，开关损耗较大。

因此，对于应用于MVDC输电系统的MMC变流器，由于其模块数量较少，采用常见的调制策略，会出现明显的低压谐波和电流畸变，使电能质量下降，难以满足光伏中高压汇集接入系统的实际运行要求。

发明内容

针对光伏MVDC系统中存在的上述问题，本发明实施例提出了一种基于NL-SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，在NLM的基础上，采用SPWM原理对NLM产生的误差信号进行二次调制，在保证输出电压波形质量的前提下，提高了MMC的系统转化效率，降低了系统开关损耗和相电流的谐波总畸变率，解决了开关损耗大、低压谐波和电流畸变等电能质量的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于NL-SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，包括如下步骤：

1)采用向下取整的原则产生一组逼近调制信号的阶梯波；

2)采集向下逼近调制过程中阶梯波与正弦调制信号之间的误差信号，并将其作为阶梯波每个台阶上的调制信号；

3)将调制信号叠加到利用向下逼近调制产生的阶梯波上，得到子模块开关控制信号。

具体的，为产生逼近调制信号的阶梯波，步骤1)中，各相桥臂应投入子模块的个数如下：

其中，N为桥臂的子模块数目，N_pi与N_ni分别表示上、下桥臂处于导通状态的子模块数目；floor(x)为对x按四舍五入原则向下取整函数；为调制波的瞬时值，U_c为子模块电容电压的额定值。

具体的，步骤2)中，采用SPWM对误差信号进行调制。

具体的，为了尽可能降低开关频率，选取1个子模块进行SPWM调制，其余子模块以阶梯波的形式进行投切。

具体的，步骤2)中，采集误差信号之后，采用三角载波信号对向下逼近正弦调制信号过程产生的误差信号进行二次调制。