[發明專利]一種基于混合MMC改進型載波移相調制方法

在審

• 申請號: 201810372529.4
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108539998A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 花婷;張亮;孫玉坤;楊婷;水恒華;韋統振;雷達;湯國晟;徐昊
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M1/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 梁天彥

本發明公開了一種基于混合MMC改進型載波移相調制方法，針對HBSM與FBSM特性不同、子模塊波動、直流母線電壓波動對混合MMC交流輸出電壓的影響，對現有的PWM調制方法進行如下改進：設定FBSM的載波頻率為HBSM的一半，使兩者的等效開關頻率相等，模塊之間的損耗均衡分布；對載波采用母線電壓前饋修正，實時調節載波的瞬時值；在調制波中加入子模塊電壓分層控制，實時調節調制波的瞬時值，使此調制方法滿足“面積等效原理”；當子模塊數為偶數時，采用“2N+1”調制；子模塊數為奇數時，采用“N+1”調制；本發明能夠有效抑制混合MMC輸出電壓的低次諧波含量，降低濾波器的尺寸大小。

技術領域

本發明涉及一種基于混合MMC改進型載波移相調制方法，屬于電力電子技術。

背景技術

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)的概念和結構由德國慕尼黑聯邦國防軍大學的學者在2002年提出，可四象限運行實現交直流的功率變換，由于模塊級聯使得其等效開關頻率較高，輸出電壓的諧波含量低，廣泛得應用于高壓直流輸電、無功補償等領域，然而基于半橋子模塊的MMC無法在直流側短路時限制故障電流，解決需要較高成本，尤其是具有較高的直流故障保護要求的場合，基于半橋子模塊MMC的應用有限的。而基于全橋子模塊的MMC有直流故障清除能力，故兩者相結合使每橋臂由半橋和全橋子模塊相串聯，該拓撲稱之為混合MMC，如圖二所示。

CPS-PWM與空間矢量PWM、最近電平調制等方法相比，簡單易行，其最大優勢是可以用低的器件開關頻率獲得較高的等效開關頻率，使裝置輸出電壓電流具備良好的諧波特性，從而減少無源濾波裝置的使用，最終減少開關損耗，提高裝置的效率，廣泛得應用于MMC，而現有文獻基本關注于基于全橋子模塊或者基于半橋子模塊MMC的CPS-PWM，對于兩者結合的混合型MMC研究尚少，因為半橋和全橋子模塊各有自身的特點，全橋子模塊的器件數目是半橋子模塊的兩倍，當相同的載波頻率作用于半橋與全橋時，全橋輸出的等效開關頻率是半橋的兩倍，那總的開關損耗全橋也是半橋的兩倍，這將會導致半橋和全橋子模塊之間的不均衡損耗分布。根據混合MMC拓撲的特點，直流母線電壓波動跟子模塊電容電壓波動也將影響交流輸出電壓的諧波分布。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明針對HBSM與FBSM特性不同、子模塊波動、直流母線電壓波動對混合MMC交流輸出電壓的影響，提出了變載波調制波的改進型載波移相調制方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于混合MMC改進型載波移相調制方法，該混合MMC每相結構相同，且每相均由上、下兩個結構相同的橋臂構成，每橋臂均由半橋子模塊HBSM和全橋子模塊FBSM組成；全橋子模塊FBSM器件數目是半橋子模塊HBSM器件數目的兩倍，當相同的載波頻率作用于子模塊時，全橋子模塊FBSM輸出的等效開關頻率是半橋子模塊HBSM輸出的等效開關頻率的兩倍，因此全橋子模塊FBSM總的開關損耗也是半橋子模塊HBSM總的開關損耗的兩倍，這將導致子模塊之間的不均衡損耗分布；因而，本發明設置全橋子模塊FBSM載波頻率為半橋子模塊HBSM載波頻率的一半，使各子模塊的等效開關頻率、總的開關損耗相等，均衡各子模塊之間的損耗。

由于直流母線電壓波動，使得PWM調制的面積等效原理很難滿足；同時，混合MMC輸出電壓中有較多的低次諧波，需增加濾波器的尺寸；本發明在載波中加入母線電壓前饋修正，以直流母線電壓采樣值與直流母線基準值的商為前饋增益系數，實時調節載波的瞬時值，可以改變調制波與載波的相交時刻，減少輸出電壓低次諧波含量，以滿足PWM調制的面積等效原理，同時降低濾波器的尺寸大小。

由于混合MMC的子模塊數目較多，跟直流母線電壓類似，子模塊電壓的波動也會影響調制策略；本發明在調制波中加入子模塊電壓分層控制，實時調節調制波的瞬時值，以滿足PWM調制的面積等效原理，減少輸出電壓低次諧波含量。