一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法，包括MMC拓扑、载波移相调制技术、子模块电容电压控制三个部分。本发明专利技术针对MMC低频运行工况，通过建模分析其子模块电压波动剧烈的原因，进而从维持上、下桥臂功率动态平衡的角度出发，提出一种基于注入高频共模电压及高频环流的低频电压波动抑制方法，使MMC变频工况下在低频段正常工作。能够在保证系统正常可靠运行的同时，在低开关频率下获得优良的输出谐波特性，且谐波性能随着MMC级联度增加而改善。

A variable frequency control method for multilevel converter based on carrier phase shift modulation

The invention discloses a frequency conversion operation control method of multilevel converter based on carrier phase shift modulation, including three parts, namely, MMC topology, carrier phase shifting modulation technology and sub module capacitor voltage control. The invention is based on MMC low frequency operation condition, analyses the reasons of sub module voltage through modeling, and then from the maintenance of the upper and lower bridge arm dynamic power balance point of view, a method is proposed to suppress the low frequency voltage fluctuation into high frequency common mode voltage and high frequency circulation based on the MMC frequency in the low frequency under the condition of normal work. It can guarantee the normal and reliable operation of the system, and achieve excellent output harmonic characteristics at low switching frequency, and the harmonic performance is improved with the increase of MMC cascade.

【技术实现步骤摘要】
一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法所属
本专利技术涉及一种多电平变换器，尤其涉及一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法。
技术介绍
近年来，多电平变换器以电压等级高、谐波特性好等优势在中高压大功率领域得到广泛应用。其中，模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter，MMC)在具有传统多电平变换器优点的同时，以其高度模块化的直接级联结构、可背靠背四象限运行且无需体积庞大的隔离变压器等特点获得了众多专家学者的关注，成为多电平变换器
的研究热点。自2001年MMC拓扑提出以来，各国专家学者针对其建模分析、调制策略、子模块电容电压平衡控制、环流抑制、故障诊断及保护等方面发表了大量的学术论文。到目前为止，MMC相关的研究及应用大多集中在高压直流(high-voltagedirectcurrent，HVDC)输电、新能源并网、无功补偿等工频运行工况[12-17]。若将MMC用作大功率交流电机驱动，相比于级联H桥型多电平变换器，不仅能省去大量体积庞大的隔离变压器，而且便于实现系统四象限运行。然而，MMC存在低频运行时子模块电容电压波动加剧的固有问题，为确保其作为电机驱动时正常可靠运行，MMC在变频工况下的运行控制方法亟待完善。MMC的输出电压由其子模块(sub-module，SM)电容电压作为支撑，因此维持子模块电容电压平衡是保证变换器平稳运行的前提条件。由于MMC的子模块电容是悬浮的，在运行过程中桥臂电流会周期性地对电容充放电，导致电容电压出现波动。
技术实现思路
为了克服多电平变换器控制中的难题，本专利技术提出一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术设计一种通过注入高频共模电压和高频环流来抑制低频工况电压波动的方法，并基于此方法提出MMC变频运行时子模块电压平衡控制策略，在电机全速段内将电容电压波动限制在较小范围。基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法，包括MMC拓扑、载波移相调制技术、子模块电容电压控制三个部分。所述MMC拓扑包括上、下两个桥臂和两个抑制环流的缓冲电感，其中每个桥臂由N个子模块直接串联构成。所述载波移相调制技术给出使MMC输出N+1和2N+1两种电平相电压的实现方式。所述子模块电容电压控制包括环流控制和电压平衡控制两个部分。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对MMC低频运行工况，通过建模分析其子模块电压波动剧烈的原因，进而从维持上、下桥臂功率动态平衡的角度出发，提出一种基于注入高频共模电压及高频环流的低频电压波动抑制方法，使MMC变频工况下在低频段正常工作。能够在保证系统正常可靠运行的同时，在低开关频率下获得优良的输出谐波特性，且谐波性能随着MMC级联度增加而改善。附图说明图1系统主电路。图2子模块电路。图3环流控制。图4电压平衡控制。图5控制结构及其框架。具体实施方案图1和图2中，MMC每相包括上、下两个桥臂和两个抑制环流的缓冲电感，其中每个桥臂由N个子模块直接串联构成。子模块采用半桥结构，其直流侧电压通过子模块电容CSM支撑，端口A和端口B用以与主电路连接。。通过对各子模块中上、下两个开关器件S1、S2的控制，可以将子模块电容投入或切除主电路。当S1开通、S2关断时，电容投入主电路，子模块工作在投入状态；当S1关断、S2开通时，电容被旁路，子模块工作在切除状态。因此，MMC每个桥臂都可以等效为独立电压源，当子模块电容电压平衡时，变换器各相交流侧输出电压电平可通过该相上、下桥臂投入子模块的数量来拟合。对于各桥臂N个子模块的MMC，根据调制策略不同，其交流侧可输出N+1或2N+1个电平相电压。图3、图4中，环流控制框图，该控制使得环流izj跟踪指令信号即通过比例(proportional，P)调节器得到环流指令电压电压平衡控制框图，其中，Sign为符号函数，用以判断上、下桥臂电流ipj、inj的方向，当电流方向为正时输出+1，当电流方向为负时输出-1。该控制根据上、下桥臂各子模块电容电压ucpjN、NcnjN和其给定值的差值，结合该子模块所在桥臂电流方向，对子模块工作状态进行选择以控制电容充放电，达到平衡子模块电容电压的目的。同样采用P调节器，其输出量与符号函数输出相乘后得到各子模块电容电压平衡指令ubpjN、ubnjN。本专利技术主控制器、辅助控制器和子模块控制器相结合的三级控制系统架构。第1级主控制器采用DSP，用以配合外部AD采样各桥臂电流、实现控制算法产生桥臂电压调制波、与辅助控制器进行通信。第2级辅助控制器采用FPGA，用以实现调制策略、控制外部AD、故障保护、从子模块控制器读取子模块电容电压和故障信号并向其发送PWM脉冲。第3级控制器为子模块控制器，控制芯片采用FPGA，辅以AD芯片对子模块电容电压进行采样。此外，子模块控制器同时要对PWM进行扩展并添加死区，为两个开关器件产生触发脉冲。当子模块开关器件或电容出现故障时，子模块控制器向第二级辅助控制器发出故障信号，实现故障诊断及系统保护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法，其特征在于：包括MMC拓扑、载波移相调制技术、子模块电容电压控制三个部分。

【技术特征摘要】
1.一种基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法，其特征在于：包括MMC拓扑、载波移相调制技术、子模块电容电压控制三个部分。2.如权利要求1所述的基于载波移相调制的多电平变换器变频运行控制方法，其特征在于所述MMC拓扑包括上、下两个桥臂和两个抑制环流的缓冲电感，其中每个桥臂由N个子模块直接串联...

【专利技术属性】
技术研发人员：申茂军，
申请(专利权)人：申茂军，
类型：发明
国别省市：辽宁,21