[發明專利]一種設置有半電壓SiC子模塊的MMC的調制方法及MMC

有效

• 申請號: 202110072091.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112910292B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 林磊;殷天翔;井開源
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/487;H02M7/49
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種設置有半電壓SiC子模塊的MMC的調制方法及MMC，屬于電壓變換器領域，MMC的各橋臂均包括兩個SiC子模塊和多個Si子模塊，SiC子模塊上施加有0?0.5區間內波動的橋臂三角載波，方法包括：計算橋臂電壓與橋臂中Si子模塊的平均額定電容電壓之間的比值，得到比值的整數部分和小數部分；根據整數部分與橋臂中Si子模塊的數量之間的大小關系、小數部分與0.5之間的大小關系以及橋臂電流的方向控制橋臂中Si子模塊和SiC子模塊的狀態，以輸出全橋臂電壓。該調制方法可以將SiC子模塊中開關管的阻斷電壓減小一半，從而降低對SiC MOSFET的要求，并將橋臂電壓階梯數提升一倍，提高橋臂電壓波形質量，兼顧MMC的總損耗、輸出波形質量和成本，更適用于工業應用。

技術領域

本發明屬于電壓變換器領域，更具體地，涉及一種設置有半電壓SiC子模塊的MMC的調制方法及MMC。

背景技術

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)以其良好的模塊性、靈活的可擴展性和良好的波形質量，在直流輸電、電機驅動、可再生能源集成等方面有著廣闊的應用前景，研究一種模塊化多電平變換器及其調制方法存在重要的意義。

寬禁帶半導體器件在MMC中有很好的應用前景，如SiC功率器件。然而，SiC MOSFET在MMC應用中面臨著幾個問題。首先是成本問題，在大電流區域，SiC MOSFET的成本是SiIGBT的8倍左右。其次，批量生產的大電流SiC器件的額定電壓僅為1.7kV，而MMC常用的SiIGBT的額定電壓可達3.3kV以上，而且SiC MOSFET的成本隨著額定電壓的增加呈指數增長。再者，用SiC MOSFET替換MMC中所有的Si IGBT并不能保證更低的功率損耗，因為Si IGBT有兩種載流子傳導電流，導致更高的電導率。因此，如何在保證MMC的總損耗、輸出波形質量和成本的前提下，降低對MMC中SiC MOSFET的要求，是本領域技術人員關心的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種設置有半電壓SiC子模塊的MMC的調制方法及MMC，其目的在于將SiC子模塊中開關管的阻斷電壓減小一半，降低了對SiC MOSFET的要求，并將橋臂電壓階梯數提升一倍，提高橋臂電壓波形質量，兼顧MMC的總損耗、輸出波形質量和成本。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種設置有半電壓SiC子模塊的MMC的調制方法，所述MMC包括串聯的上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和下橋臂均包括兩個SiC子模塊和多個Si子模塊，各模塊串聯，所述SiC子模塊上施加有0-0.5區間內波動的橋臂三角載波，方法包括：S1，計算橋臂電壓與橋臂中Si子模塊的平均額定電容電壓之間的比值，得到所述比值的整數部分和小數部分，所述橋臂為所述上橋臂或下橋臂；S2，當所述整數部分小于所述橋臂中Si子模塊的數量時，將所述橋臂中整數部分個Si子模塊進行投入，若所述小數部分小于0.5，根據橋臂電流的方向控制一SiC子模塊處于正投入PWM狀態或負投入PWM狀態，若所述小數部分大于0.5，根據橋臂電流的方向控制所述一SiC子模塊正投入或負投入，并控制另一SiC子模塊處于正投入PWM狀態或負投入PWM狀態；當所述整數部分不小于所述橋臂中Si子模塊的數量時，將所述橋臂中的Si子模塊全部進行投入，若所述小數部分小于0.5，根據橋臂電流的方向控制一SiC子模塊處于正投入PWM狀態或切除狀態，若所述小數部分大于0.5，根據橋臂電流的方向控制所述一SiC子模塊正投入或切除，并控制另一SiC子模塊處于正投入PWM狀態或切除狀態；其中，當所述橋臂中SiC子模塊的電容電壓之和不小于Si子模塊的平均電容電壓時，所述一SiC子模塊為所述橋臂中電容電壓高的SiC子模塊，否則，所述一SiC子模塊為所述橋臂中電容電壓低的SiC子模塊。

更進一步地，所述S2中控制SiC子模塊處于正投入PWM狀態包括：當所述小數部分小于0.5時，將所述小數部分與橋臂三角載波的瞬時值相減，當所述小數部分大于0.5時，將所述小數部分減去0.5之后與橋臂三角載波的瞬時值相減，若相減結果大于0，控制所述SiC子模塊輸出正電平，若相減結果小于0，控制所述SiC子模塊輸出零電平。