CN107846153A - Mmc换流器的混合调制算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MMC换流器的混合调制算法，增加了子模块的方波工作模式以模拟0.5电平，采用阶梯波和方波的混合波形逼近正弦波，从而增加了MMC输出电压的等效电平数。MMC的混合调制算法输出电平为0、±0.5、±1、±1.5、……±M、±(M+0.5)……±N/2，M为电平数，N为桥臂单元数。其中±(M+0.5)电平由两个工作于方波模式的子模块，和N‑1个工作于电平1模式的子模块共同合成。为适应该混合调制算法，对MMC的均压算法也进行了改进。该混合调制算法通过增加等效电平数，降低了输出电压的低次谐波含量和输出电流的畸变率；并且子模块电容电压波动较小，减小了桥臂环流。

Description

MMC换流器的混合调制算法
技术领域
本发明涉及一种换流器的混合调制算法，尤其涉及一种MMC换流器的混合调制算法，属于电力电子技术领域。
背景技术
模块化多电平换流器采用模块化结构，易于拓展，输出电压谐波含量少，无需配置滤波装置，在轻型直流输电系统中得到了广泛的应用。而作为模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)的核心技术之一，调制算法得到了大量的研究。目前应用于MMC的调制策略主要是载波移相正弦脉宽调制和最近电平逼近调制。
载波移相正弦脉宽调制的基本思想是：对于N+1电平MMC，每个桥臂由N个子模块级联构成，需要N组频率、幅值相同，相位依次错开2π/N角度的两电平三角载波与正弦参考信号比较，生成子模块各自的驱动信号。将桥臂子模块的输出电压进行叠加，得到MMC每相的电压输出波形。
载波移相正弦脉宽调制提高了MMC的等效开关频率，在电平数较低时，应用广泛。随着MMC电平数的上升，算法的复杂性增加，且子模块电容电压均衡较繁琐。
最近电平逼近调制是通过阶梯波逼近调制波，开关频率低，开关损耗小，在电平数较多的情况下输出波形效果好。但是电平数较少时，最近电平逼近调制的输出波形低次谐波含量较大，这导致电流波形的畸变程度较大。
也有学者提出将最近电平逼近和载波移相正弦脉宽调制结合起来的混合调制算法，这种算法弥补了上述两种算法的缺点，可应用于中压领域。但存在一个子模块一直处于高频PWM脉冲作用下，开关损耗较大，且算法的实现和PWM模块的均压较复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种MMC换流器的混合调制算法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种MMC换流器的混合调制算法，包括以下具体步骤：
步骤1：计算输出的电平数Uc为子模块电容电压额定值，Us为调制波；
步骤2：判断是否满足k＝±M，M为电平数，如果满足，转向步骤3，否则，转向步骤4；
步骤3：每相选出的N个子模块都工作于电平1模式，N＝Udc/Uc，Udc为直流电压；上桥臂开通的模块数为：
下桥臂开通的子模块数为：
步骤4：上下桥臂中各选定一个子模块工作在方波模式得到0.5电平，其余(N-1)个子模块工作于电平1模式；其中上桥臂开通的模块数为：
下桥臂开通的子模块数为：
进一步，当k＝±M时，通过子模块电容电压排序选择N个子模块获得±M电平；当k＝±(M+0.5)时，上桥臂和下桥臂根据电流方向选择其中电压最高或最低的模块工作于方波模式，再通过电容电压排序选择(N-1)个子模块工作在电平1模式。
采用上述技术方案所取得的技术效果在于：本发明通过增加等效电平数，降低了输出电压的低次谐波含量和输出电流的畸变率；并且子模块电容电压波动较小，减小了桥臂环流；相比于载波移相正弦脉宽调制以及混合调制，降低了器件的开关频率，减小了开关损耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的调制原理图；
图2是本发明实施例1的输出波形图；
图3是本发明确定上下桥臂子模块工作模式的流程图；
图4是本发明电容电压均衡控制的流程图。
具体实施方式
在调制算法中，每隔0.5电平取一个阈值，因而计算出的MMC输出电平为0、±0.5、±1、±1.5、……±M、±(M+0.5)……±N/2，M为电平数，N为桥臂单元数。根据阈值计算出来的MMC输出电平数如图1所示。当计算的输出电平数为整数±M时，输出为阶梯波，当计算的输出电平数为±(M+0.5)时，用方波来等效该0.5电平，输出波形为阶梯波和方波的混合波形。图2为调制算法的输出波形图，并且标示了混合波形等效的电平数。结合图1、图2可以体现本发明提出的含0.5电平混合调制算法的思想。
下面对该混合调制算法进行具体分析。
设直流电压为Udc，子模块电容电压额定值为Uc，调制波为Us，子模块数N＝Udc/Uc，上桥臂调制波下桥臂调制波为上桥臂输出电压为Fu，下桥臂输出电压为Fd，相输出电压为F。采用本发明的调制算法流程图如图3所示。
在调制算法中，计算输出的电平数
当k＝±M(M为正整数)，每相选出的N个子模块都工作于电平1模式。其中，上桥臂开通的模块数为：
下桥臂开通的模块数为：
输出电压：
输出波形为阶梯波。
当k＝±(M+0.5)时，上下桥臂中各选定一个子模块工作在方波模式得到0.5电平，其余(N-1)个子模块工作于电平1模式得到±M电平。其中，上桥臂开通的模块数为：
下桥臂开通的子模块数为：
上下桥臂中各选定一个子模块工作在方波模式得到0.5电平，为此，这两个子模块的方波脉冲须互补，记上桥臂工作于方波模式的子模块驱动信号为c(t)，则下桥臂工作于方波模式的子模块驱动信号为1-c(t)。由于两个子模块的方波脉冲互补，任意时刻上下桥臂实际开通的子模块个数为N，维持了直流电压的恒定，避免了环流的增大。
输出波形为阶梯波和方波的混合波形。
综上，当k＝±M时，输出波形为阶梯波，当k＝±(M+0.5)时，输出波形为阶梯波和方波的混合波形。
为适应该调制算法，对电容电压均衡控制算法进行如下改进：当k＝±M时，通过子模块电容电压排序选择N个子模块获得±M电平。当k＝±(M+0.5)时，上下桥臂根据电流方向选择其中电压最高或最低的模块工作于方波模式，再通过电容电压排序选择(N-1)个子模块工作在电平1模式。改进的电容电压均衡控制算法流程图如图4所示。

Claims (2)

1.一种MMC换流器的混合调制算法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1：计算输出的电平数Uc为子模块电容电压额定值，Us为调制波；
步骤2：判断是否满足k＝±M，M为电平数，如果满足，转向步骤3，否则，转向步骤4；
步骤3：每相选出的N个子模块都工作于电平1模式，N＝Udc/Uc，Udc为直流电压；上桥臂开通的模块数为：
下桥臂开通的子模块数为：
步骤4：上下桥臂中各选定一个子模块工作在方波模式得到0.5电平，其余(N-1)个子模块工作于电平1模式；其中上桥臂开通的模块数为：
下桥臂开通的子模块数为：
。
2.根据权利要求1所述的MMC换流器的混合调制算法，其特征在于：
当k＝±M时，通过子模块电容电压排序选择N个子模块获得±M电平；当k＝±(M+0.5)时，上桥臂和下桥臂根据电流方向选择其中电压最高或最低的模块工作于方波模式，再通过电容电压排序选择(N-1)个子模块工作在电平1模式。
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