[發明專利]一種基于選擇性循環虛擬映射的載波層疊PWM調制方法

有效

• 申請號: 201210270303.6
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102769403A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 梅軍;鄭建勇;梅飛;韓少華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及PWM調制，用于中高壓、大功率場合的模塊化多電平的調制輸出及電容電壓的動態平衡控制，為一種選擇性循環虛擬映射的載波層疊PWM調制方法。

背景技術

模塊化多電平變換器，作為一種典型的建立在半橋子模塊基礎上的模塊化多電平結構，其拓撲中橋臂（三相或單相）主要由子模塊單元（SM:Sub-Module）串聯構成。每個子模塊單元內部都會包含至少一個電容，相當于1個獨立的直流源。通過SM單元中開關器件的開通或關斷來控制SM輸出電平，通過電平的疊加與相減構成系統實際輸出，達到調制輸出的目的。

目前針對這種模塊化多電平的調制方法，主要有最近電平逼近法NLM，載波移相法CPSPWM，載波層疊調制法PDPWM，消除特定次諧波調制法SHEPWM，電壓空間矢量調制法SVPWM等。

最近電平逼近法使用于模塊數較高的場合，但其存在模塊的優化排序和頻繁選擇問題；載波移相調制法是一種相對成熟的調制方法，在實際研究中應用較多，但載波移相往往需要在調制信號中通過疊加平衡控制信號來實現電容電壓的動態平衡，這樣不僅帶來輸出信號的失真，且有造成系統失穩的可能，其通常采用的控制器設計由圖1所示；消除特定次諧波調制法，在計算開關點的時候需要解非線性超越方程，計算復雜，一般通過離線查表法完成控制，動態特性差；空間矢量調制法，其電平數與電壓空間矢量數目成三次方關系，隨著電平數的增加，矢量選擇的復雜度將會大幅提高。本發明是在載波層疊PWM調制方法的基礎上，通過采用選擇性循環虛擬映射的方法，解決傳統載波層疊PWM調制方法無法解決的電容電壓的動態均衡；控制方法簡單，能夠很好地抑制子模塊電容電壓相互的偏差，且不會存在失控的情況。

發明內容

本發明要解決的問題是：現有對模塊化多電平變換器的調制方法不能很好的控制電容電壓的動態平衡，控制方法復雜，需要一種控制方法簡單，能夠很好地抑制變換器的子模塊的電容電壓互相的偏差的調制方法。

本發明的技術方案為：一種選擇性循環虛擬映射的載波層疊PWM調制方法，用于模塊化多電平變換器，模塊化多電平變換器的橋臂均由包含開關器件以及電容在內的半橋或全橋子模塊串聯構成，通過軟件編程對調制過程進行控制，包括以下步驟：

1）建立與實際子模塊數量相同的虛擬子模塊，利用載波層疊PWM調制方法對虛擬子模塊進行PWM調制，產生各虛擬子模塊相對應的虛擬調制信號；

2）對于系統平衡對稱的變換器，采用無差別循環映射建立虛擬子模塊與實際子模塊的循環映射對應關系，通過循環映射在各子模塊間實現PWM信號無差別輪換，實現系統平衡對稱條件下實際子模塊的電容電壓平衡控制，利用一個值為1～N的循環計數器指針來控制虛擬子模塊與實際子模塊之間映射次序，N為橋臂中的子模塊數量，并將虛擬調制信號按照映射次序傳輸給實際子模塊，實現對實際子模塊的驅動輸出；

3）當變換器系統失去平衡對稱，在步驟2）的基礎上獲取變換器實際子模塊的電容電壓反饋量，對所述反饋量進行排序，獲得其中最大電壓以及最小電壓相對應的實際子模塊編號，然后根據橋臂電流方向，進行選擇性循環映射：設實際子模塊的編號為1～N，虛擬子模塊對應的編號為1’～N’，將編號1’與N’的虛擬子模塊的虛擬調制信號分別映射到最大/最小電壓相對應的實際子模塊中去，除去電容電壓最大/最小值相對應的實際子模塊，剩下的實際子模塊的驅動信號依然按步驟2）所述的無差別循環進行映射，根據所述選擇性循環映射控制實際子模塊的電容電壓動態平衡，虛擬調制信號按照所述選擇性映射傳輸給實際子模塊，實現對實際子模塊的驅動輸出；

4）實際子模塊在虛擬調制信號的驅動下完成調制，輸出調制后的信號。

與現有常用的幾種調制算法相比，本發明的具有以下特點：

1、通過在虛擬子模塊與實際子模塊之間建立循環映射關系，從而保證了系統不改變調制信號的前提下，使模塊化多電平變換器具備動態電壓調節能力，避免了類似載波移相調制通過在參考信號上疊加平衡控制信號后，因參數選擇不當可能引起的系統穩定性問題，因而具有很強的魯棒性；

2、控制方法簡單，不需要像載波移相PSPWM一樣為了平衡電壓要加獨立的控制器，只需在原有的DSP或FPGA中設置本發明的調制方法進行控制即可；

3、實現動態平衡控制，只需選擇性地改變虛擬子模塊與實際子模塊之間的對應映射關系，即不存在系統參數選擇不當而失穩的情況，不會失控。

附圖說明

圖1模塊化多電平變換器載波移相調制平衡控制功能框圖。

圖2是模塊化多電平變換器拓撲結構。