一种基于NL-SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NL

【技术实现步骤摘要】
一种基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法


[0001]本专利技术属于电力电子变换器的调制策略领域，具体涉及一种基于NL
‑
SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法。

技术介绍

[0002]新能源发电是解决用电需求快速增长、电网运行经济灵活等挑战的有效途径之一。光伏组件能够实现直流输出，便于光伏场接入。由于太阳能资源的分散性，光伏发电通过集散式架构接入中高压交流电网成为趋势。与传统的两电平电压源型变换器相比，模块化多电平具有可扩展性、灵活性、冗余性和低失真等优点，能够通过子模块的串联实现中高压的输出，模块化多电平变换器(MMC)已经成为中高压电网的首选技术。大容量集散式光伏电站经过中高压直流电网汇集接入，有助于实现系统的经济运行。对于具有数百个串联模块的高压直流输电系统，MMC在最近电平逼近调制(NLM)策略下可获得较为理想的正弦波电流。然而，对于10KV以下的中压直流(MVDC)输电系统，单相桥臂串联子模块较少，利用最近电平调制策略产生的阶梯波在逼近正弦调制信号的过程中会产生一部分误差信号，特别是电平数较少时，误差较大，输出相电压中会包含较大的低次谐波分量，输出相电流的畸变率较高。采用CPS
‑
PWM调制方法可以降低谐波，谐波含量会低于NLM策略，但由于每个子模块都是独立调制的会使控制变得更加复杂，且子模块IGBT开关频率高，开关损耗较大。
[0003]因此，对于应用于MVDC输电系统的MMC变流器，由于其模块数量较少，采用常见的调制策略，会出现明显的低压谐波和电流畸变，使电能质量下降，难以满足光伏中高压汇集接入系统的实际运行要求。

技术实现思路

[0004]针对光伏MVDC系统中存在的上述问题，本专利技术实施例提出了一种基于NL
‑
SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，在NLM的基础上，采用SPWM原理对NLM产生的误差信号进行二次调制，在保证输出电压波形质量的前提下，提高了MMC的系统转化效率，降低了系统开关损耗和相电流的谐波总畸变率，解决了开关损耗大、低压谐波和电流畸变等电能质量的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，包括如下步骤：
[0007]1)采用向下取整的原则产生一组逼近调制信号的阶梯波；
[0008]2)采集向下逼近调制过程中阶梯波与正弦调制信号之间的误差信号，并将其作为阶梯波每个台阶上的调制信号；
[0009]3)将调制信号叠加到利用向下逼近调制产生的阶梯波上，得到子模块开关控制信号。
[0010]具体的，为产生逼近调制信号的阶梯波，步骤1)中，各相桥臂应投入子模块的个数如下：
[0011][0012]其中，N为桥臂的子模块数目，N
pi
与N
ni
分别表示上、下桥臂处于导通状态的子模块数目；floor(x)为对x按四舍五入原则向下取整函数；为调制波的瞬时值，U
c
为子模块电容电压的额定值。
[0013]具体的，步骤2)中，采用SPWM对误差信号进行调制。
[0014]具体的，为了尽可能降低开关频率，选取1个子模块进行SPWM调制，其余子模块以阶梯波的形式进行投切。
[0015]具体的，步骤2)中，采集误差信号之后，采用三角载波信号对向下逼近正弦调制信号过程产生的误差信号进行二次调制。
[0016]具体的，对误差信号进行二次调制，具体为：上下桥臂采用相同的三角载波信号，选择相反的开通与关断条件进行调制，使上下桥臂互补开通。
[0017]具体的，根据误差信号与三角载波大小关系确定上桥臂第N个子模块的运行模式，下桥臂与之对应的1个子模块采用互补的控制信号；上下桥臂的控制信号表示为：
[0018][0019]其中，u
tri
为载波信号，u
△
为误差信号。
[0020]进一步的，还包括子模块的均压控制方法，具体为：
[0021]1)当电平数发生变化时，采用向下取整的原则计算出此时各相桥臂应投入的子模块数目之和恒为N
‑
1；
[0022]2)根据各相桥臂的电流方向判断此时子模块的工作状态，当子模块工作在充电模式时，将桥臂子模块电容电压值从小到大进行排序，优先投入电容电压较小的子模块；当子模块工作在放电模式时，将桥臂子模块电容电压值从大到小进行排序，优先投入电容电压较大的子模块；
[0023]3)将第2到N个子模块进行正常的投切操作，把向下逼近产生的阶梯波与正弦调制信号的误差信号作为第1个子模块的调制信号，并与三角载波信号作比较，给出该子模块的工作状态。
[0024]本专利技术的有益效果如下：
[0025]1)本专利技术提供的MMC双桥臂互补式混合调制方法，能够结合NLM方法与SPWM方法的优点，在保证输出波形质量的基础上，减低开关频率。
[0026]2)本专利技术在NLM基础上加入了SPWM策略，对NLM产生的误差信号进行二次调制，保障了保证输出电压波形质量，提高了MMC的系统转化效率，降低了系统开关损耗和相电流的谐波总畸变率。
[0027]3)本专利技术通过改进子模块电容电压均衡策略，降低混合调制策略下子模块的开关频率，减少了MMC系统的开关损耗，既实现了子模块的电压平衡，也抑制了桥臂环流。
附图说明
[0028]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0029]图1为本专利技术实施例中混合调制策略的控制框图。
[0030]图2是本专利技术实施例中NL
‑
SPWM原理图。
[0031]图3是本专利技术实施例中混合调制脉冲信号的产生过程图。
[0032]图4是本专利技术实施例中上下桥臂互补原理图。
[0033]图5是本专利技术实施例中NL
‑
SPWM调制流程图。
[0034]图6是本专利技术实施例中混合调制策略的仿真验证图。其中，(a)是交流侧电流波形，(b)是交流侧A相电压，(c)是直流侧电压，(d)是子模块电容电压，(e)是电压谐波成分。
具体实施方式
[0035]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0037]本专利技术实施例提供了一种基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)产生一组逼近调制信号的阶梯波；2)将向下逼近调制过程中阶梯波与正弦调制信号之间的误差信号作为阶梯波每个台阶上的调制信号；3)将调制信号叠加到利用向下逼近调制产生的阶梯波上，得到子模块开关控制信号。2.根据权利要求1所述的基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，其特征在于，步骤1)中，产生阶梯波时，各相桥臂应投入子模块的个数如下：其中，N为桥臂的子模块数目，N
pi
与N
ni
分别表示上、下桥臂处于导通状态的子模块数目；floor(x)为对x按四舍五入原则向下取整函数；为调制波的瞬时值，U
c
为子模块电容电压的额定值。3.根据权利要求1所述的基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，其特征在于，步骤2)中，采用SPWM对误差信号进行调制。4.根据权利要求3所述的基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，其特征在于，选取1个子模块进行SPWM调制，其余子模块以阶梯波的形式进行投切。5.根据权利要求1所述的基于NL
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SPWM的MMC双桥臂互补式混合调制方法，其特征在于，步骤2)中，采集误差信号之后，采用三角载波信号对向下逼近正弦调制信号过程产生的误差信号进行二次调制。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小江，刘艳贵，车延博，王海明，梅名皖，申旭辉，汤海雁，刘亮亮，刘恒，李家山，李铮，赵瑞斌，付明志，孙栩，潘霄峰，秦猛，李春华，关何格格，
申请(专利权)人：华能浙江能源开发有限公司清洁能源分公司天津大学，
类型：发明
国别省市：