一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法，所述三相模块化多电平变换器采用2N+1子模块统一脉冲宽度调制(submoduleunified PWM,SUPWM)，其中每个相单元的上、下桥臂调制过程各包含一个取整函数和一个完全相同的等腰三角形载波；在每个载波周期，根据A、B、C三相的基频参考波y

【技术实现步骤摘要】
一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法


[0001]本专利技术涉及多电平变换器
，具体涉及一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法。

技术介绍

[0002]模块化多电平变换器(MMC)采用多个子模块串联的物理结构，每个相单元包含上、下两个桥臂，每个桥臂包含若干个相同的子模块和一个桥臂缓冲电感。通过改变每个相单元上、下桥臂投入的子模块数目，就可以改变交流侧输出电压的大小。相比两电平和三电平变换器，模块化多电平变换器输出电平数目更灵活，效率更高，交流输出谐波更小，因此非常适合于中高压大容量的电力电子应用场合，在电力电子变压器、船舶和轨道牵引、中压电机拖动、交直流配电网、统一潮流控制器等领域中具有很大的应用前景。
[0003]子模块统一脉冲度调制(SUPWM)是一种常用的模块化多电平变换器调制技术。SUPWM将取整和载波调制相结合，每个桥臂只用一个载波，交流波形质量比最近电平逼近调制更好，而算法复杂度又显著低于其他PWM调制方法，因此具有特殊的优势。但该调制却会造成桥臂电感上出现较大的脉冲电压，三相的零序脉冲电压会在三相内部产生相应的谐波电流，继而流入模块化多电平变换器直流侧，引起较大的直流脉动电流，使得直流电流的波形畸变，进而导致线路损耗增大、传输功率不稳定等问题，危害系统的长期可靠运行。然而，目前并没有研究针对该问题提出相应的解决办法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法，包括以下步骤：
[0007]所述模块化多电平变换器每个相单元的上、下桥臂的调制均包含取整函数以及载波；
[0008]在每个所述载波周期分别调节三相的上、下桥臂载波的相位；
[0009]根据SUPWM调制的数学运算、取整和载波调制，可得到上、下桥臂所需投入子模块数目；
[0010]根据所述的每个桥臂所需投入子模块数目、所有子模块电容电压以及该桥臂电流的方向，上、下桥臂可分别得到所有子模块的驱动信号。
[0011]可选地，所述的三相上、下桥臂载波的调节的相位角度计算方法包括以下步骤：
[0012](1)在每一个载波周期内，计算对应相的上、下桥臂由载波调制所得到的脉冲的宽度θ
uj
和θ
lj
，其中j＝a,b,c:
[0013][0014]其中，y
j
为归一化后三相的正弦基频参考波信号，floor为所述的取整函数，N为每个桥臂的子模块数目；
[0015](2)计算三相桥臂电感上的电压脉冲的宽度θ
a
、θ
b
、θ
c
,其中θ
j
＝Min(θ
uj
,θ
lj
)，表示取θ
uj
和θ
lj
二者中较小的值；
[0016](3)计算载波需要调节的相位角度θ
sa
、θ
sb
、θ
sc
，其计算方法为：
[0017]1)如果θ
a
>θ
b
>θ
c
，则
[0018]θ
sa
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1a)
[0019][0020][0021]2)如果θ
a
>θ
c
>θ
b
，则
[0022]θ
sa
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2a)
[0023][0024][0025]3)如果θ
b
>θ
a
>θ
c
，则
[0026][0027]θ
sb
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3b)
[0028][0029]4)如果θ
b
>θ
c
>θ
a
，则
[0030][0031]θ
sb
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4b)
[0032][0033]5)如果θ
c
>θ
a
>θ
b
,则
[0034][0035][0036]θ
sc
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5c)
[0037]6)如果θ
c
>θ
b
>θ
a
,则
[0038][0039][0040]θ
sc
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6c)
[0041]其中，θ
uj
和θ
lj
分别是对应相的上、下桥臂由载波调制所得到的脉冲的宽度，j取a、b或c，由步骤(1)计算得到。
[0042]可选地，所述载波配置为幅值、相位、频率相同的等腰三角形载波。
[0043]可选地，所述的上、下桥臂可分别得到所有子模块的驱动信号的方法为基于电容电压排序的均压方法。
[0044]本专利技术另一方面，还涉及一种计算机可读的存储介质，存储有指令，所述指令执行时，能够实现上述任一控制方法。
[0045]再一方面，一种用于抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制设备，包括上述的存储介质。
[0046]本专利技术的有益效果：
[0047]根据本专利技术的控制方法，把每个相单元的上、下桥臂的载波设置成完全一样，可以将最大交流电平数目从N+1提高到2N+1，由于增大了电平数目，交流电压波形质量得到提高。另外，通过实时调节三相载波的相位角度，有效抑制模块化多电平变换器直流脉动电流，大大改善了直流侧电流和功率质量。
[0048]本专利技术的控制方法虽然调节了三相载波，但是每一相的上、下载波同时改变，这样就不会显著影响交流相电压的波形质量。相比于传统的SUPWM，本专利技术的控制方法不仅有效抑制了模块化多电平变换器直流脉动电流，而且交流相电压波形质量几乎不会下降。
附图说明
[0049]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0050]图1是三相模块化多电平变换器及其子模块的拓扑结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：所述模块化多电平变换器每个相单元的上、下桥臂的调制均包含取整函数以及载波；在每个所述载波周期分别调节三相的上、下桥臂载波的相位；根据SUPWM调制的数学运算、取整和载波调制，可得到上、下桥臂所需投入子模块数目；根据所述的每个桥臂所需投入子模块数目、所有子模块电容电压以及该桥臂电流的方向，上、下桥臂可分别得到所有子模块的驱动信号。2.根据权利要求1所述的抑制模块化多电平变换器直流脉动电流的控制方法，其特征在于：所述的三相上、下桥臂载波的调节的相位角度计算方法包括以下步骤：(1)在每一个载波周期内，计算对应相的上、下桥臂由载波调制所得到的脉冲的宽度θ
uj
和θ
lj
，其中j＝a,b,c:其中，y
j
为归一化后三相的正弦基频参考波信号，floor为所述的取整函数，N为每个桥臂的子模块数目；(2)计算三相桥臂电感上的电压脉冲的宽度θ
a
、θ
b
、θ
c
,其中θ
j
＝Min(θ
uj
,θ
lj
)，表示取θ
uj
和θ
lj
二者中较小的值；(3)计算载波需要调节的相位角度θ
sa
、θ
sb
、θ
sc
，其计算方法为：1)如果θ
a
>θ
b
>θ
c
，则θ
sa
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1a)(1a)2)如果θ
a
>θ
c
>θ
b
，则θ
sa
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓富金，喻强，张建忠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：