[發明專利]一種中壓混合模塊化多電平變換器的載波移相調制方法

在審

• 申請號: 201810876604.0
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN108880310A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 趙燃;郭將馳;郭燚;趙怡波;周宜城
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/12;H02J1/00
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發明公開了一種中壓混合模塊化多電平變換器的載波移相調制方法，所述中壓混合模塊化多電平變換器包含：直流電源、變換器主電路、負載、數據采集模塊、給定輸入模塊、PID控制器、驅動模塊。所述載波移相調制方法包含：計算各橋臂載波相位角、計算參考電壓、生成驅動控制信號。本發明適用于中壓直流電能變換領域，不僅能增加輸出電壓電平數，還能在橋臂子模塊數較少的情況下使得輸出波形諧波較小，采用全橋和半橋型子模塊的混合模塊化拓撲節約成本且使變換器增加直流故障阻斷能力。

技術領域

本發明涉及電能變換領域，特別是涉及一種中壓混合模塊化多電平變換器的載波移相調制方法。

背景技術

為了高能武器上艦，船舶電力功率不斷提升，中壓直流(medium voltage DC，MVDC) 電力系統逐步應用于艦船中。與傳統中壓交流(medium voltage AC，MVAC)電力系統相比，中壓直流電力系統具有更高的能量傳輸效率。由于模塊化多電平變換器(modularmultilevel converter,MMC)具有可擴展性強、低導通損耗、對濾波器要求較低等特點，因此，在中壓直流電力系統中具有良好的應用前景。

半橋型模塊化多電平換流器無法通過閉鎖來迅速切斷直流故障電流，嚴重制約了其在遠距離輸電場合的應用。全橋型模塊化多電平換流器具備直流故障穿越能力，但是需要雙倍數量的半導體器件，投資和運行損耗較大，限制了它的商業應用。因此一種中壓混合模塊化多電平變換器被使用，并提出調制方法。本發明主要解決中壓直流電力系統中應用模塊化多電平變換器遇到的以下問題：

1)在船舶中壓直流電力系統中，由于變換器模塊數較少，交流輸出電壓波形質量相對較差；

2)半橋型模塊化多電平換流器無法通過閉鎖來迅速切斷直流故障電流；

3)全橋型模塊化多電平換流器投資和運行損耗較大；

發明內容

本發明的目的是提出一種通用且使得多電平變換器輸出平穩波形的驅動控制方法。本發明技術方案如下：

采用半橋和全橋型子模塊混合的多電平變換器拓撲，用于中壓直流電力系統中，在控制系統的框架中，基于通用的載波移相調制方法對變換器進行驅動控制，能夠使其平穩輸出多電平階梯波信號，且具有直流故障阻斷能力。

所述中壓混合模塊化多電平變換器的載波移相調制方法包括以下步驟：

步驟1：計算各橋臂載波相位角

中壓混合模塊化多電平變換器由直流電源、變換器主電路、負載、數據采集模塊、給定輸入模塊、PID控制器和驅動模塊組成，其中變換器主電路由三相組成，每相包含上下兩個橋臂，每個橋臂均由N(N為正整數)個子模塊及一個橋臂電抗器級聯而成，每個橋臂的子模塊由半橋型子模塊和全橋型子模塊組成，在上、下橋臂中，半橋型、全橋型子模塊總和為 N，載波移相調制方法寫在驅動模塊中；

為了調制輸出多電平階梯波型，上橋臂的半橋型子模塊和全橋型子模塊所對應的相位角θ_ph(i)和θ_pf(i)分別為見式(1)和式(2)，下橋臂的半橋型子模塊和全橋型子模塊所對應的相位角θ_nh(i)和θ_nf(i)分別見式(3)和式(4)；

其中k為整數，i∈[1,N]，N為橋臂子模塊數目；全橋型子模塊的載波頻率為f_cf，半橋型子模塊的載波頻率為2f_cf，全橋型子模塊載波為偶數列，半橋型子模塊載波為奇數列，相鄰載波間的相位差均為2π/N，上、下橋臂之間載波整體相位差為θ；

步驟2：計算參考電壓