[發明專利]一種基于載波層疊調制的模塊化多電平變流器控制方法

有效

• 申請號: 201410641553.5
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104393779A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 劉進軍;杜思行;劉騰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種模塊化多電平變流器控制方法，具體涉及一種基于載波層疊調制的模塊化多電平變流器控制方法。

背景技術

隨著社會進步和工業發展，現代電力系統存在兩大特點：輸配電系統龐大，電力系統電壓和功率等級的不斷提升。首先，現代社會對電力的需求越來越多，為了滿足用戶對電力日益增長的需求，電力系統變得越來越龐大，覆蓋范圍也越來越廣闊。這給電力系統的穩定性帶來挑戰。同時，由于我國地域遼闊，但資源分布不平衡，為了提高長遠距離輸電的效率，高壓直流輸電(HVDC)技術應用越來越廣泛。其次，現代電力系統的負載也有新的特點：電力電子裝置具有優越的性能，已經被工農業等消費產業大量采用。然而，電力電子裝置作為非線性負載，會向電網注入無功和諧波，隨著非線性負載容量的增大，其對配電系統的影響也越來越大，使系統存在不安全，不穩定隱患。對中高壓輸配電系統進行無功補償，可以有效改善電力系統的穩定性。不同供電系統之間通過高壓直流輸電系統(HVDC)互聯，可以解決系統不同步問題，也可以阻止故障在系統之間蔓延，是改善系統穩定性與可靠性的可行方法。

模塊化多電平變流器(MMC)自從提出之后就得到學者的廣泛的研究和工程師的強烈關注。模塊化多電平變流器具有諸多優點：模塊化設計、低開關頻率、低功耗、高質量的頻譜特性等。這些優點給模塊化多電平變流器的制造，安裝，維護帶來了巨大方便，也使得其不用網側變壓器直接掛入中高壓電網。現在模塊化多電平變流器已被應用于高壓直流輸電系統和中高壓電能質量控制系統，成為改善輸配電系統穩定性與可靠性的有效方法。

近來，針對模塊化多電平變流器的研究，許多學術工作與成果已被提出。研究熱點主要集中在對模塊化多電平變流器的建模，新型的調制策略，子模塊電容電壓平衡，降低半導體器件的開關頻率以及仿真技術等方面。其中，調制策略是決定模塊化多電平變流器最終輸出特性的關鍵所在。已有的調制策略主要可以分為以下四類：最近電平調制，查表調制，載波移相調制和載波層疊調制。其中，最近電平調制以其實現過程簡單獲得了廣泛應用。通常，該調制策略與子模塊電容電壓排序控制結合使用來確保系統的正常運行。然而該方法會加重數字控制器負擔，同時增加額外的平均開關頻率，不利于降低系統損耗；查表法則是通過特定諧波消去或其他方法計算出相應的開關時刻存儲到控制器中。該方法可以實現很低的開關頻率，但是其往往存在調制比離散化，存儲占用大量硬件資源等問題；對于載波移相調制，其需要大量的復雜的PI調節器來實現子模塊電容電壓平衡控制，不利于系統穩定性；載波層疊調制僅需一個載波信號，實現過程較為簡單。但現有的基于載波層疊調制方法的電容電壓平衡控制策略在應用中會引起額外的開關動作，從而增加系統損耗。因此，需要一種新型的基于載波層疊調制策略的模塊化多電平變流器電容電壓平衡控制方法來有效地解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于載波層疊調制的模塊化多電平變流器控制方法，該方法可以實現各子模塊電容電壓平衡，且不會引起額外的開關動作。

為達到上述目的，本發明所述的基于載波層疊調制的模塊化多電平變流器控制方法包括以下步驟：

1)獲取三相模塊化多電平變流器每相交流側的輸出電壓u_a、u_b及u_c，對三相模塊化多電平變流器每相交流側的輸出電壓u_a、u_b及u_c進行歸一化處理，并根據歸一化處理的結果確定三相模塊化多電平變流器每相中上橋臂及下橋臂的調制波，其中，三相模塊化多電平變流器中每個橋臂包括N個子模塊；

2)數據控制器產生三角載波信號tril，得N層載波信號，其中，第i層載波信號通過三角載波信號tril與直流偏置相加得到，然后根據步驟1)得到的三相模塊化多電平變流器每相中上橋臂及下橋臂的調制波以及各層載波信號通過載波層疊調制策略得N層原始調制信號；

3)引入同步脈沖信號S_syn，然后在該同步脈沖信號S_syn的上升沿時采集三相模塊化多電平變流器中各子模塊電容電壓，得各橋臂電容電壓最大值及最小值對應的子模塊M_max及子模塊M_min；