[發明專利]基于雙調制波的MMC載波調制方法

有效

• 申請號: 202110282069.8
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112865573B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 江友華;陳芳;郭茂;景旭川;劉恒;朱毅軒;蔡赟
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/539
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種基于雙調制波的MMC載波調制方法，用于對三相MMC變流器進行調制，包括以下步驟：步驟1，根據三相MMC變流器的拓撲結構，建立相單元內上、下橋臂中投入的子模塊電容電壓之和與直流母線電壓、交流側輸出電壓之間的關系式，再根據交流側理想輸出電壓，得到任意時刻內每個相單元中的上、下橋臂投入子模塊電容電壓之和的參考值作為上、下橋臂的原始調制波；步驟2，根據子模塊電容電壓均衡原則將每個橋臂的原始調制波分成兩份，再將下橋臂的原始調制波分為第一調制波和第二調制波，第一調制波采用獨立PWM調制，第二調制波采用LSPWM調制，最后將第一調制波和第二調制波所對應的載波進行反相，同時對上橋臂的原始調制波進行相同處理，完成調制。

技術領域

本發明涉及一種MMC載波調制技術，具體涉及一種基于雙調制波的MMC載波調制方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是由德國慕尼黑聯邦國防軍大學的A.Lesnicar和R.Marquardt教授于2001年提出的一種新型電壓源型變換器。與傳統的兩電平和三電平換流器相比，其配置靈活，模塊化程度高，具有冗余特性良好、輸出諧波含量少、開關損耗小等優點，可以實現高電壓等級、大功率水平的能量轉換，適用于無功補償、高壓直流輸電等對功率和電壓要求較高的場合，在孤島供電，風電場并網、電力市場、電網互聯和中高壓變頻調速等方面具有廣泛的應用價值。

脈寬調制技術是MMC變流器實現一系列變換控制的基礎，是實現控制策略優化的紐帶，直接影響變流器的系統性能和輸出波形質量。目前所使用的控制策略主要分為以下三種：(1)載波調制，包括載波移相脈寬調制(CPSPWM)、載波層疊脈寬調制(LSPWM)；(2)階梯波調制，包括最近電平逼近調制(NLM)、特定諧波消去調制(SHE-PWM)；(3)空間矢量調制(SVPWM)。其中，SHEPWM調制策略不適宜實時控制；當電平數較小時，NLM調制難以取得較好的諧波性能；SVPWM具有直流母線利用率高等優點，但隨著子模塊數的增加，其運算復雜度呈指數形式遞增，很難實際應用。相比之下，載波調制更適用于子模塊數中等規模的場合。CPSPWM雖然可以得到較高的等效開關頻率，但同時會引入N(子模塊數)倍的開關損耗，并且每個子模塊需要單獨設計PI調節器實現電壓均衡控制，極大的增加了系統的控制復雜度，且該參數的選取不當極易造成系統振蕩。通過子模塊電容電壓排序實現穩定均壓控制的LSPWM調制是目前應用最為廣泛的調制策略，但該方法下每個開關周期均只有一個子模塊進行PWM投切控制，導致其在大功率場合中功率器件的開關頻率較低，無法進一步提升載波頻率，且其輸出電壓THD較高。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于雙調制波的MMC載波調制方法。

本發明提供了一種基于雙調制波的MMC載波調制方法，用于對三相MMC變流器進行調制，具有這樣的特征，包括以下步驟：

步驟1，根據三相MMC變流器的拓撲結構，建立三相MMC變流器中相單元內上橋臂中投入的子模塊電容電壓之和u_pj、相單元內下橋臂中投入的子模塊電容電壓之和u_nj與直流母線電壓U_dc和交流側輸出電壓u_j之間的關系式：

且得到交流側理想輸出電壓為：

通過公式(1)和公式(2)得到任意時刻內每個相單元中的上橋臂、下橋臂投入子模塊電容電壓之和的參考值分別為：

分別作為上橋臂、下橋臂的原始調制波；

步驟2，根據子模塊電容電壓均衡原則將每個橋臂的原始調制波分成兩份，將下橋臂的原始調制波分為第一調制波和第二調制波且和滿足如下關系：