CN112087156B - 一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，结合上层控制策略给出的调制度和电角度等控制信息计算出目标三次谐波叠加到参考波中，以修正后的参考波作为目标波形进行最近电平逼近调制。该三次谐波的注入可以使得即使在基波分量的峰值较低时，实际输出的相电压的最大值也能一直保持在变换器所能输出的最大值左右，从而有效地避免了传统最近电平逼近调制方法在调制度较低时输出电压的电平数减少的问题，同时，在三相三线制的系统中，三次谐波不会影响输出电压。本发明可以充分利用变换器所能输出的电平数，尤其在调制度相对较低时，改善输出波形质量。

Description

一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法
技术领域
本发明涉及一种电平逼近调制方法，具体是一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法。
背景技术
受制于器件的电压等级，传统的两电平变换器难以适应大功率的需求。在中高压大功率的应用场合，级联型H桥变换器(Cascaded H-bridge Converter，CHC)、模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)等多电平变换器凭借其高度模块化的结构、较低的损耗等优势受到了工程人员和学者们的广泛关注。针对多电平变换器的调制方式通常可分为高频调制和低频调制两大类。高频调制方式主要有载波移相调制(CarrierPhase Shifted PWM，CPS-PWM)、载波层叠调制(Carrier Phase Disposition PWM，CPD-PWM)等；低频调制方式有最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation，NLM)、特定谐波消除调制(Selective Harmonic Elimination，SHE)等。与其他调制方式相比，最近电平逼近调制具有操作简单、低开关损耗等优势，非常适用于电平数较多的场合。然而，在电平数较低的场合，最近电平逼近调制将带来较高的谐波畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)，尤其在调制度不高时，其将造成可利用电平数的浪费。这个特点使得最近电平逼近调制在电平数较低的中压场合及大功率电机调速场合难以应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，利用三相三线制系统的三次谐波分量互相抵消的特性，所注入的三次谐波将不会反应到输出电压中，同时，三次谐波分量的注入，使得变换器可以充分利用所能产生的每一个电平，使输出波形更好地逼近基波分量，改善输出波形的质量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，调制方法方法包括：
S1:由上层控制系统给出输出原始电压调制波的调制度m1，以及电压的相角θ，调制度定义为基波分量的峰值与二分之一直流母线电压的比值，m1取值范围为[0,1]。
S2:根据调制度m1和相角θ来计算所注入的三次谐波分量的大小。
S3:根据S2所确定的三次谐波分量对三个相电压参考值进行修正。
S4:基于修正后的参考值确定所应当输出的电压值。
S5:基于所应输出的电压值，根据不同的变换器拓扑来确定对应时刻每个开关的投切状态。
进一步的，所述S2中，注入三次谐波分量的幅值m3满足等式：
Figure BDA0002648990880000021
m3的取值为：
Figure BDA0002648990880000022
注入三次谐波分量的相角等于3θ。
进一步的，所述S3中，修正后的三个相电压的参考值uref_a、uref_b和uref_c为：
Figure BDA0002648990880000023
进一步的，所述S4中，利用四舍五入取整函数Round(x)来确定每相所应输出的电压值uo_a、uo_b和uo_c，其表达式为：
Figure BDA0002648990880000031
进一步的，所述N为相应的变换器拓扑所能产生的电平阶跃数，Ud为每个电平阶跃的电压值。
进一步的，所述变换器拓扑为模块化多电平变换器，相电压的输出值由下桥臂的桥臂电压与上桥臂的桥臂电压之差决定。
进一步的，所述根据S4所确定的输出电压确定的各桥臂所应当投入的子模块数的值为：
Figure BDA0002648990880000032
进一步的，所述Nin_xp、Nin_xn分别为x相上下桥臂的子模块投入数，x＝a,b,c。
本发明的有益效果：
本发明电平逼近调制方法利用三相三线制系统的三次谐波分量互相抵消的特性，所注入的三次谐波将不会反应到输出电压中，同时，三次谐波分量的注入，使得变换器可以充分利用所能产生的每一个电平，使输出波形更好地逼近基波分量，改善输出波形的质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明模块化多电平变换器的拓扑结构结构示意图；
图2是本发明模块化多电平变换器的运行方式示意图；
图3是传统NLM方法下的相电压波形示意图；
图4是传统NLM方法下的线电压波形示意图；
图5是传统NLM方法下的线电流波形示意图；
图6是本发明调制方法下的相电压波形示意图；
图7是本发明调制方法下的线电压波形示意图；
图8是本发明调制方法下的线电流波形示意图；
图9是本发明两种调制方式下输出电流的THD与调制度m1对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本例所采用的变换器拓扑为模块化多电平变换器(MMC)，其拓扑如图1所示。每一个相单元由上下两个桥臂组成，每个桥臂包含N个串联的子模块以及桥臂电感，典型的子模块形式为半桥电路与电容并联。如图2所示，通过开关控制各子模块的导通与切除，可使每相输出多电平的电压波形。
一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法,调制方法包括以下步骤：
S1:上层控制系统给出输出三个相电压的参考值u’ref_a、u’ref_b和u’ref_c，其表达式分别为：
Figure BDA0002648990880000051
m1为调制度，其定义为基波分量的峰值与二分之一直流母线电压的比值，m1取值范围为[0,1]；θ为参考电压的相角。
S2:根据调制度m1和相角θ确定三次谐波分量的幅值m3的取值为：
Figure BDA0002648990880000052
三次谐波分量的幅值m3应满足等式：
Figure BDA0002648990880000053
注入三次谐波分量的相角等于3θ。
S3:根据S2所确定的三次谐波分量对三个相电压参考值进行修正，从而得到修正后的三个相电压的参考值uref_a、uref_b和uref_c，为：
Figure BDA0002648990880000054
S4：根据修正后的参考值，利用四舍五入取整函数Round(x)来确定每相所应输出的电压值uo_a、uo_b和uo_c，其表达式为：
Figure BDA0002648990880000055
式中，N为相应的变换器拓扑所能产生的电平阶跃数，Ud为每个电平阶跃的电压值。
S5：在MMC拓扑中，相电压的输出值由下桥臂的桥臂电压与上桥臂的桥臂电压之差决定。因而，根据S4所确定的输出电压确定的各桥臂所应当投入的子模块数的值为：
Figure BDA0002648990880000061
式中，Nin_xp、Nin_xn分别为x相上下桥臂的子模块投入数，x＝a,b,c。
实施例
以17电平、调制度m1等于0.7、功率因数角等于1为例，在计算机上进行仿真模拟：电平逼近调制方法应用于MMC的仿真模拟。
图3是分别应用传统的NLM方法和本发明的输出波形对比，其中图3、图4、图5分别为传统NLM方法下的相电压波形、线电压波形以及线电流波形；图6、图7、图8分别为调制方法下的相电压波形、线电压波形以及线电流波形。
可以看出，与传统NLM方法想比，本发明所描述的调制方法在调制度不高时能够充分利用每一个能输出的电平，从而使输出的线电压和电流更加逼近目标值，提高输出波形质量。图9是两种调制方式下，输出电流的THD与调制度m1的对应关系，该仿真结果很好地验证了调制方法对于改善波形质量的效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，其特征在于，调制方法方法包括：
S1:由上层控制系统给出输出原始电压调制波的调制度m1，以及电压的相角θ，调制度定义为基波分量的峰值与二分之一直流母线电压的比值，m1取值范围为[0,1]；
S2:根据调制度m1和相角θ计算所注入的三次谐波分量的大小；注入三次谐波分量的幅值m3满足：
Figure FDA0003301941190000011
m3的取值为：
Figure FDA0003301941190000012
注入三次谐波分量的相角等于3θ；
S3:根据S2所确定的三次谐波分量对三个相电压参考值进行修正；
S4:基于修正后的参考值确定所应当输出的电压值；
S5:基于所应输出的电压值，根据不同的变换器拓扑来确定对应时刻每个开关的投切状态。
2.如权利要求1所述的一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，其特征在于：所述S3中，修正后的三个相电压的参考值uref_a、uref_b和uref_c为：
Figure FDA0003301941190000013
3.如权利要求2所述的一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，其特征在于：所述S4中，利用四舍五入取整函数Round(x)来确定每相所应输出的电压值uo_a、uo_b和uo_c，其表达式为：
Figure FDA0003301941190000021
所述N为相应的变换器拓扑所能产生的电平阶跃数，Ud为每个电平阶跃的电压值。
4.如权利要求1所述的一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，其特征在于：所述变换器拓扑为模块化多电平变换器，相电压的输出值由下桥臂的桥臂电压与上桥臂的桥臂电压之差决定。
5.如权利要求3所述的一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，其特征在于：所述根据S4所确定的输出电压确定的各桥臂所应当投入的子模块数的值为：
Figure FDA0003301941190000022
6.如权利要求5所述的一种基于三次谐波注入的电平逼近调制方法，其特征在于：所述Nin_xp、Nin_xn分别为x相上下桥臂的子模块投入数，x＝a,b,c。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104377797A (zh) * 2014-11-18 2015-02-25 国家电网公司 一种电动汽车充电机
CN105406748A (zh) * 2015-12-10 2016-03-16 湖南大学 一种抑制模块化多电平变流器输出电流谐波的控制方法
CN105633896A (zh) * 2015-01-20 2016-06-01 华北电力大学 一种直流电压可连续宽范围调节的直流融冰方法
CN108471246A (zh) * 2018-04-10 2018-08-31 国家电网公司 一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法
CN109980967A (zh) * 2018-12-28 2019-07-05 中国科学院电工研究所 降低全桥型mmc子模块电容值的方法与系统
CN110739875A (zh) * 2019-11-07 2020-01-31 北京交通大学 消除mmc共模电压的六段式最近电平逼近调制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111431203B (zh) * 2020-03-23 2021-07-23 南方电网科学研究院有限责任公司 一种基于等间隔触发控制的nlm调制mmc谐波分析方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104377797A (zh) * 2014-11-18 2015-02-25 国家电网公司 一种电动汽车充电机
CN105633896A (zh) * 2015-01-20 2016-06-01 华北电力大学 一种直流电压可连续宽范围调节的直流融冰方法
CN105406748A (zh) * 2015-12-10 2016-03-16 湖南大学 一种抑制模块化多电平变流器输出电流谐波的控制方法
CN108471246A (zh) * 2018-04-10 2018-08-31 国家电网公司 一种用于降低模块化多电平换流器开关器件承压的控制方法
CN109980967A (zh) * 2018-12-28 2019-07-05 中国科学院电工研究所 降低全桥型mmc子模块电容值的方法与系统
CN110739875A (zh) * 2019-11-07 2020-01-31 北京交通大学 消除mmc共模电压的六段式最近电平逼近调制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Application of Third-Order Harmonic Voltage Injection in a Modular Multilevel Converter;Gaopeng Guo等;《IEEE Transactions on Industrial Electronics(Volume:65,Issue:7,July 2018)》;20171124;第5260-5271页 *
ＭＭＣ型柔性直流输电系统三次谐波注入调制策略的可行性;王庆等;《电力系统自动化》;20180910;第42卷(第17期);第104-110页 *

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