[發明專利]模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器

有效

• 申請號: 201410093989.5
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103812369A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 徐云飛;龍云波;徐永海;肖湘寧;袁敞
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京市百倫律師事務所 11433
• 代理人: 周紅力;姜瑩

技術領域

本發明涉及多電平變換器技術領域，尤其涉及一種模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器。

背景技術

多電平變換器廣泛應用于中高壓大功率電力變換場合,如柔性交直流輸電技術，大功率變頻驅動器以及新能源集中式并網技術等。在各種多電平變換器中，模塊化多電平變換器不僅保留了H橋級聯式多電平變換器開關器件應力小、結構高度模塊化和輸出電壓波形畸變小的優點，同時具有公共直流母線，尤其適用于背靠背結構的中高壓大功率變換場合。

為了保證模塊化多電平變換器的性能優勢和裝置穩定性,調制算法和子模塊均電壓均衡方法取到了決定性的作用。通常，模塊化多電平變換器的調制算法可以分為基波調制和PWM調制兩種。基波調制是通過特定的算法，計算當前狀態下各個橋臂中子模塊電容的投入數，從而控制各個開關管的導通與關斷。PWM調制是通過載波移相（移位）的方法對每個子模塊開關管進行PWM調制，從而實現多電平電壓輸出。

相較而言，基波調制的開關頻率很低，損耗小，方便在調制方法中嵌入子模塊電容電壓均衡方法，但是在電平數不多的情況下輸出電壓正弦度較低；PWM調制等效開關頻率高，可在較少電平數的情況下輸出高正弦度的電壓，但這種調制方法通常需要相當多路PWM電路，在電平數較多時實現復雜，為了實現子模塊電壓均衡該方法通常需要在控制算法中額外加入子模塊電容電壓均衡算法，并且損耗較高，當電平數較多時其硬件同步信號微小的延遲誤差也會對輸出性能造成較大的影響。

并且，由于兩種調制算法均是在子模塊電容電壓額定值的基礎上得到相應的子模塊開關狀態，但是子模塊電容電壓客觀存在波動，實際子模塊電容電壓瞬時值并不能與理論值相吻合，該誤差會由于相單元橋臂中子模塊的誤差累積而放大，使實際輸出電壓無法與理論值相契合，嚴重影響輸出電壓的準確度。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種在較少電平數情況下更精確，更高效且硬件實現簡單的模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器。

第一方面，本發明提供了一種模塊化多電平變換器調制方法，包括如下步驟：應投入模塊數計算步驟、選擇步驟和調制步驟。其中，應投入模塊數計算步驟為，根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數n_jp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數n_jn；選擇步驟為，在所述上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；調制步驟為，投入各相上橋臂的n_jp個子模塊以及下橋臂的n_jn-1個子模塊；同時，令上橋臂做PWM調制的子模塊與下橋臂做PWM調制的子模塊處于輸出互補的工作狀態。

進一步地，上述模塊化多電平變換器調制方法中，所述應投入模塊數計算步驟包括：上橋臂輸出電壓指令值計算步驟、上橋臂子模塊電容應投入數計算步驟和下橋臂子模塊電容應投入數計算步驟。其中，上橋臂輸出電壓指令值計算步驟為，根據模塊化多電平變換器的所述輸出電壓指令值u_jm，計算當前時刻上橋臂的輸出電壓指令值u_jpm：上橋臂子模塊電容應投入數計算步驟為，根據上橋臂的輸出電壓指令值u_jm計算上橋臂子模塊電容投入數n_jp：其中，N為各橋臂子模塊數，floor為向下取整函數，u_dc為模塊化多電平變換器的直流母線電壓；下橋臂子模塊電容應投入數計算步驟為，根據上橋臂子模塊電容投入數n_jp計算下橋臂子模塊電容投入數n_jn：n_jn＝N-n_jp。

進一步地，模塊化多電平變換器調制方法中，所述選擇步驟包括，采樣步驟、排序步驟和定位步驟。采樣步驟為，獲取當前時刻各相各子模塊的電容電壓，以及當前時刻各相上橋臂、下橋臂電流方向；排序步驟為，在所述電流方向為充電的情況下，對該橋臂子模塊電容電壓升序排列，在電流方向為放電的情況下，對該橋臂子模塊電容電壓降序排列；定位步驟為，定位各相上橋臂子模塊排列中的第n_jp+1個子模塊為所述上橋臂進行PWM調制的子模塊，以及，下橋臂子模塊排列中的第n_jn個子模塊為下橋臂進行PWM調制的子模塊。