基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法，将单模块模块化多电平换流器等效成串联的上桥臂三相半桥和下桥臂三相半桥，将模块化多电平换流器的SVPWM调制简化成2D‑SVPWM调制和载波移相调制的组合，在控制系统中合理布置2D‑SVPWM发生模块的位置，有效限制能量均衡控制环节和电容均压控制环节的输出信号后，即可完成调制工作。本发明专利技术用两电平SVPWM调制方法代替了多电平SVPWM调制方法，避免了复杂的电压矢量空间图，算法简单，通用性强，控制效果好，开关损耗低，直流电压利用率高，且适用于任意电平，可以在MMC控制领域得到广泛的应用和推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，特别涉及一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法。
技术介绍
相对传统的交流输电技术，直流输电技术具有输送容量大、送电距离长、线路损耗低、工程投资省、走廊利用率高、运行方式灵活等优点，从而使得特高压直流输电工程在国内得到了广泛的关注与发展。在直流输电技术中，采用绝缘栅双极型晶体管IGBT的柔性直流输电技术无须大量的无功，可以有效节约成本和空间，在输电领域有着广阔的应用前景，但是由于受到IGBT功率的限制，使得柔性直流输电工程难以实现大容量传输，在一定程度上限制了该技术的发展。随着科学技术的不断进步，提高IGBT功率是必然的趋势，柔性直流输电技术必将代替传统的直流输电技术，成为未来主要的输电方式。模块化多电平换流器作为柔性直流输电技术中最为重要的一环，是现在也必将是未来的研究重点。空间矢量脉宽调制技术(SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM)凭借其开关损耗低、波形质量好、直流电压利用率高的优点，广泛地应用于电力电子变换器的控制领域，主要集中在两电平和三电平，难以应用到更高的电平，原因在于随着电平数的增加，电压矢量空间图会变得十分复杂，不易数字化现实。因此，在模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter，MMC)的控制领域关于SVPWM技术的研究也比较少。基于上述的分析，如果可以得到MMC控制领域的简化SVPWM技术，那将充分利用SVPWM技术和MMC结构的优点，广泛地应用到柔性直流输电、高压变频乃至电力电子换流器各个领域中，将是一个十分有意义的研究课题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术提供了一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器控制简化算法，该算法将模块化多电平换流器的SVPWM调制方法简化成两电平SVPWM调制方法和载波移相调制方法的组合，算法简单，通用性强，且适用于任意电平。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法，包括以下步骤：步骤一、将模块化多电平换流器的单模块等效成串联的上桥臂三相半桥和下桥臂三相半桥；步骤二、建立与模块化多电平换流器的SPWM控制模型等效的SVPWM控制模型；其中，SPWM控制模型包括：参考电压控制模块、能量均衡控制模块、2N个电容均压控制模块和用于输出驱动信号给模块化多电平换流器的2N个载波移相SPWM调制模块，所述SVPWM控制模型将SPWM控制模型中的载波移相SPWM调制模块替换成载波移相2D-SVPWM调制模块，载波移相2D-SVPWM调制模块包括载波移相调制模块和2D-SVPWM生成模块，载波移相2D-SVPWM调制模块的输出信号值限制到[-1,1]范围内，N为模块化多电平换流器中单模块的数量。步骤三、将2D-SVPWM生成模块的数量简化成2个，并将各2D-SVPWM生成模块移动到能量均衡控制模块和电容均压控制模块之间，同时将电容均压控制模块的输出信号值限制到[-1,1]范围内，且将载波移相2D-SVPWM调制模块替换成载波移相SPWM调制模块；步骤四、将2D-SVPWM生成模块的数量简化成1个，并将2D-SVPWM生成模块前移到原参考电压控制模块之后，2D-SVPWM生成模块与原参考电压控制模块共同形成新参考电压控制模块，在新参考电压控制模块中，原参考电压控制模块的输出信号取反后输出到2D-SVPWM生成模块；同时将能量均衡控制模块和电容均压控制模块的输出信号值限制到[-1,1]范围内，最终实现基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制。优选地，所述步骤二中的参考电压控制模块包括电压外环和电流内环，参考电压控制模块的工作过程包括以下步骤：利用电压外环保证直流母线侧电容总压恒定，利用电流内环跟踪参考电流，电压外环和电流内环配合形成双环控制；所述参考电压控制模块输出两路信号，分别用于控制上桥臂三相半桥和下桥臂三相半桥，且其中一路信号取反后能量均衡控制模块进行运算，另一路信号直接与能量均衡控制模块进行运算。优选地，所述电压外环和电压内环分别采用比例积分调节器，。优选地，所述能量均衡控制模块的工作过程包括以下步骤：将模块化多电平换流器的单模块电容电压目标值与所有单模块电容电压平均值做差后经过比例积分调节器，得到桥臂环流的目标值；取上、下桥臂电流的平均值作为实际环流值；将桥臂环流的目标值与实际环流值作差后经过比例积分调节器，得到能量均衡控制模块的输出信号。优选地，所述电容均压控制模块的工作过程包括以下步骤：将模块化多电平换流器单模块电容电压目标值与单模块电容电压实际值作差后经过比例调节器后，乘以比例系数，即可得到单模块电容均压控制模块的输出信号。优选地，所述载波移相SPWM调制模块的工作过程包括以下步骤：将模块化多电平换流器单模块参考电压与相位相差固定角度的高频三角载波比较，产生驱动信号。优选地，所述2D-SVPWM生成模块的工作过程包括以下步骤：将参考电压控制模块的输出电压通过空间矢量脉宽调制模块SVPWM，产生参考电压信号，参考电压信号上叠加能量均衡控制模块输出信号和电容均压控制模块输出信号，得到单模块参考电压，并与三角载波比较从而生成驱动信号。优选地，所述步骤四中，新参考电压控制模块输出一路信号，能量均衡控制模块输出两路信号，新参考电压控制模块的输出信号直接与能量均衡控制模块的其中一路信号进行运算，能量均衡控制模块的另一路信号取反后与新参考电压控制模块的输出信号进行运算。本专利技术的有益效果：1.本专利技术将模块化多电平换流器的SVPWM调制方法简化成两电平SVPWM调制方法与载波移相调制方法的组合。2.本专利技术可以有效提高直流电压利用率，优化输出波形的质量。3.本专利技术实现过程简单，易于实现，且适用于任意电平，通用性强，可以在MMC控制领域得到广泛的应用和推广。附图说明图1是本专利技术的一种实施例中的单模块MMC的拓扑结构；图2是传统模块化多电平换流器SPWM控制方法；图3是本专利技术步骤(1)得到的模块化多电平变换器等效SVPWM控制方法；图4是本专利技术步骤(2)得到的模块化多电平变换器简化SVPWM控制方法；图5是本专利技术最终获得的模块化多电平变换器的简化SVPWM控制方法。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。图1是本专利技术一种实施例中单模块MMC的拓扑结构，图中Vpa1和Vpa2表示单模块MMC的a相上桥臂的功率器件，Vna1和Vna2表示单模块MMC的a相下桥臂的功率器件；Vpb1和Vpb2表示单模块MMC的b相上桥臂的功率器件，Vnb1和Vnb2表示单模块MMC的b相下桥臂的功率器件；Vpc1和Vpc2表示单模块MMC的c相上桥臂的功率器件，Vnc1和Vnc2表示单模块MMC的c相下桥臂的功率器件。一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法，包括以下步骤：步骤一、将模块化多电平换流器的单模块等效成串联的上桥臂三相半桥和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将模块化多电平换流器的单模块等效成串联的上桥臂三相半桥和下桥臂三相半桥；步骤二、建立与模块化多电平换流器的SPWM控制模型等效的SVPWM控制模型；其中，SPWM控制模型包括：参考电压控制模块、能量均衡控制模块、2N个电容均压控制模块和用于输出驱动信号给模块化多电平换流器的2N个载波移相SPWM调制模块，所述SVPWM控制模型将SPWM控制模型中的载波移相SPWM调制模块替换成载波移相2D‑SVPWM调制模块，载波移相2D‑SVPWM调制模块包括载波移相调制模块和2D‑SVPWM生成模块，载波移相2D‑SVPWM调制模块的输出信号值限制到[‑1,1]范围内，N为模块化多电平换流器中单模块的数量；步骤三、将2D‑SVPWM生成模块的数量简化成2个，并将各2D‑SVPWM生成模块移动到能量均衡控制模块和电容均压控制模块之间，同时将电容均压控制模块的输出信号值限制到[‑1,1]范围内，且将载波移相2D‑SVPWM调制模块替换成载波移相SPWM调制模块；步骤四、将2D‑SVPWM生成模块的数量简化成1个，并将2D‑SVPWM生成模块前移到原参考电压控制模块之后，2D‑SVPWM生成模块与原参考电压控制模块共同形成新参考电压控制模块，在新参考电压控制模块中，原参考电压控制模块的输出信号取反后输出到2D‑SVPWM生成模块；同时将能量均衡控制模块和电容均压控制模块的输出信号值限制到[‑1,1]范围内，最终实现基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将模块化多电平换流器的单模块等效成串联的上桥臂三相半桥和下桥臂三相半桥；步骤二、建立与模块化多电平换流器的SPWM控制模型等效的SVPWM控制模型；其中，SPWM控制模型包括：参考电压控制模块、能量均衡控制模块、2N个电容均压控制模块和用于输出驱动信号给模块化多电平换流器的2N个载波移相SPWM调制模块，所述SVPWM控制模型将SPWM控制模型中的载波移相SPWM调制模块替换成载波移相2D-SVPWM调制模块，载波移相2D-SVPWM调制模块包括载波移相调制模块和2D-SVPWM生成模块，载波移相2D-SVPWM调制模块的输出信号值限制到[-1,1]范围内，N为模块化多电平换流器中单模块的数量；步骤三、将2D-SVPWM生成模块的数量简化成2个，并将各2D-SVPWM生成模块移动到能量均衡控制模块和电容均压控制模块之间，同时将电容均压控制模块的输出信号值限制到[-1,1]范围内，且将载波移相2D-SVPWM调制模块替换成载波移相SPWM调制模块；步骤四、将2D-SVPWM生成模块的数量简化成1个，并将2D-SVPWM生成模块前移到原参考电压控制模块之后，2D-SVPWM生成模块与原参考电压控制模块共同形成新参考电压控制模块，在新参考电压控制模块中，原参考电压控制模块的输出信号取反后输出到2D-SVPWM生成模块；同时将能量均衡控制模块和电容均压控制模块的输出信号值限制到[-1,1]范围内，最终实现基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制。2.根据权利要求1所述的一种基于两电平SVPWM调制方法的模块化多电平换流器的控制简化方法，其特征在于：所述步骤二中的参考电压控制模块包括电压外环和电流内环，参考电压控制模块的工作过程包括以下步骤：利用电压外环保证直流母线侧电容总压恒定，利用电流内环跟踪参考电流，电压外环和电流内环配合形成双环控制；所述参考电压控制模块输出两路信号，分别用于控制上桥臂三相半桥和下桥臂三相半桥，且其中一路信号取反后能量均衡控制模块进行运算，另...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，谭风雷，朱超，张兆君，朱斌，张建忠，宁玉宝，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司检修分公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32