一种用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法技术

本发明专利技术属于电力系统领域，具体涉及一种用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法。模块化多电平换流器MMC由三相六桥臂构成；每个桥臂包括依次串联N个子模块和一个交流电抗器；子模块包括两个绝缘栅双极型晶体管IGBT及其反并联二极管组成的半桥结构和电容；半桥结构和电容并联；该脉宽调制方法包括下述步骤：A、生成三相马鞍形调制波；B、比较三相马鞍形调制波与三角形载波，产生PWM信号；C、所述PWM信号对模块化多电平换流器MMC进行控制。该方法具有以下特点：易于在线计算，工程实现简单；直流电压利用率高；同等电压功率等级可减少模块数，可降低成本，容量越大，效果越明显。

【技术实现步骤摘要】
—种用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法
本专利技术属于电力系统领域，具体涉及。
技术介绍
模块化多电平换流器(MMC)是采用多个子模块串联的一种新型拓扑结构，其各相桥臂分为上桥臂和下桥臂，上、下桥臂分别由N个相同的子模块和一个交流电抗器依次串联构成。每个子模块由两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)及其反并联二极管组成的半桥结构和并联的电容构成。每个子模块都是一个两端器件，它可以同时在两种电流方向的情况下进行全模块电压和零模块电压之间的切换。模块化多电平换流器(MMC)避免了器件串联的技术难点，输出波形为多电平，有效降低了开关器件的物理开关频率和开关损耗;MMC所特有的模块化结构使其设计灵活， 利于批量生产；便于分相控制和模块化设计，通过冗余技术可旁路故障单元，进而提高装置运行可靠性；器件开关频率较低，装置运行损耗较小。基于以上特点，模块化多电平换流器十分适合在柔性直流输电系统和统一潮流控制器(UPFC)中使用，在高压大功率应用中的优势尤为明显，将是下一代多电平变换器的主流拓扑之一。用于模块化多电平换流器(MMC)的脉宽调制(PWM)调制方法，主要有空间矢量脉宽调制(SVPWM)、优化PWM方法和载波移相PWM方法等。SVPWM方法由于计算复杂，当电平数目多时冗余矢量选择困难等因素在大于三电平的换流器中应用不多。优化PWM方法由于其良好的谐波性能得到了一定的应用，但是需要事先求解复杂的超越方程和存储大量的开关角度，不能在线计算，动态性能较差，因而受到了一定的限制。相对而言，载波移相调制应用更加广泛。载波移相PWM与常规的正弦脉宽调制(SPWM)相同，调制波为正弦波，载波为三角波或锯齿波。载波移相具有一下优点在任何调制比M即任何基波频率下，输出电压保持相同的开关频率；模块单元之间不存在功率不平衡问题；三角载波移相PWM方式对于各相可呈现模块化设计等。因此载波移相PWM成为模块化多电平换流器的标准PWM控制方法。但是载波移相PWM的调制波为正弦波，直流母线电压利用率仅为86. 6%，限制了其在高压大功率场合的应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种模块化多电平换流器的脉宽调制方式， 该方法在载波移相PWM方法的基础上，使用一种新的马鞍形调制波与三角载波比较生成 PWM调制信号；该方法具有以下特点易于在线计算，工程实现简单；直流电压利用率高；同等电压功率等级可减少模块数，可降低成本，容量越大，效果越明显。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的，所述模块化多电平换流器MMC由三相六桥臂构成；每个桥臂包括依次串联N个子模块和一个交流电抗器；所述子模块包括两个绝缘栅双极型晶体管IGBT及其反并联二极管组成的半桥结构和电容；所述半桥结构和电容并联；其改进之处在于，所述方法包括下述步骤A、生成三相马鞍形调制波；B、比较所述三相马鞍形调制波与三角形载波，产生PWM信号；C、所述PWM信号对模块化多电平换流器MMC进行控制。优选的，所述步骤A中，生成三相马鞍形调制波包括下述步骤a、分别取三相正弦电压Ua、Ub和U。的瞬时最大值Umax和瞬时最小值Umin ；b、取所述瞬时最大值Umax和瞬时最小值Umin的平均值，对所述平均值取反向，得到零序电压Up ；C、将零序电压Up与所述三相正弦电压Ua、Ub和U。分别进行叠加，得到三相马鞍形调制波Ua'、U/和U。'。较优选的，所述瞬时最大值Umax、瞬时最小值Umin和零序电压Up分别用下述①-③ 式表不Umax = max {Ua, Ub, Uj①；Umin = min {Ua, Ub, Uj②；Up = _l/2(Umax+Umin)③。较优选的，所述三相马鞍形调制波Ua'、U/和U。'用下述④式表示 Ua=Un+ Ua ■Uh=Ur+ "Λ1 。U=uP+Uc优选的，所述模块化多电平换流器MMC的等效开关频率高，每相桥臂中的子模块的开关频率低，所述三角载波的频率取工频的2-10整数倍。较优选的，所述三相马鞍形调制波起始点的位置选在所述三角载波的上升沿或下降沿零点处。较优选的，每相桥臂中的N个子模块均采用低的开关频率，开关频率与三角载波的频率相同，且N个子模块均具有相同的载波比K。和调制度m的三角载波。优选的，所述步骤B中，比较所述三相马鞍形调制波与三角形载波，产生PWM信号包括下述步骤I、使每个子模块对应的三角载波初相位依次移2 π /N相位角；II、将移2 π /N相位角的三角载波与得到的对应相的马鞍形调制波进行比较；III、判断马鞍形调制波的幅值与三角载波幅值的大小如果马鞍形调制波的幅值小于三角载波的幅值，则比较的输出结果为O ;如果马鞍形调制波的幅值大于三角载波的幅值，则比较的输出结果为I ;由此产生出此相N组P丽调制信号。优选的，所述步骤C中，产生的PWM信号对模块化多电平换流器MMC进行控制每相的N个PWM信号去分别驱动N个子模块单元，将所述N个PWM信号与N个子模块一一对应，对应的正信号控制子模块的上开关管I，使用对应正信号反向的负信号控制子模块的下CN 102983771 A书明说3/5页开关管2。较优选的，将投入的N个子模块输出电压相叠加，从而得到模块化多电平换流器 MMC的一相桥臂的PWM输出电压波形。与现有技术比，本专利技术达到的有益效果是I、本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，易于在线计算，工程实现简单；2、本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，输出线电压幅值可达直流输入电源电压E的值，较SPWM方式直流电压利用率提高15%以上，最大调制度可达 O. 907 ；3、本专利技术提供的用于模块化多 电平换流器的脉宽调制方法，基波频域不存在谐波，因此不存在低次谐波干扰基波的问题；4、本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，零序电压是三倍频谐波，在三相无中线系统中，三倍频谐波电流没有通路，所以在三相线电压和线电流中不存在三倍频谐波。5、本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，边频带较宽，变频带中的主要谐波成分分解成一对对幅值更小更接近的谐波；6、本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，开关频率与三角载波频率相同，可使换流器上下桥臂的负载分配相等，开关管的功率定额可以充分发挥；7、本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，由于直流电压利用率高，同等电压、功率等级下MMC使用的模块数相对减少，可以降低成本，容量越大，效果越明显。附图说明图I是本专利技术提供的三相正弦电压与零序电压波形图2是本专利技术提供的三相马鞍形调制波与零序电压波形图3是本法明提供的模块化多电平换流器MMC单个子模块电路图4是本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法的工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。模块化多电平换流器MMC由三相六桥臂构成；每个桥臂包括依次串联N个子模块和一个交流电抗器；子模块包括两个绝缘栅双极型晶体管IGBT及其反并联二极管组成的半桥结构和电容；半桥结构和电容并联；其中一个绝缘栅双极型晶体管IGBT及其反并联二极管称为上开关管1，另一个绝缘栅双极型晶体管IGBT及其反并联二极管称为下开关管2。如图4所示，图4是本专利技术提供的用于模块化多电平换流器的脉宽调制方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模块化多电平换流器的脉宽调制方法，所述模块化多电平换流器MMC由三相六桥臂构成；每个桥臂包括依次串联N个子模块和一个交流电抗器；所述子模块包括两个绝缘栅双极型晶体管IGBT及其反并联二极管组成的半桥结构和电容；所述半桥结构和电容并联；其特征在于，所述方法包括下述步骤：A、生成三相马鞍形调制波；B、比较所述三相马鞍形调制波与三角形载波，产生PWM信号；C、所述PWM信号对模块化多电平换流器MMC进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王轩，闫殳裔，宿剑飞，汪扬，王宇红，包海龙，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，上海市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：