一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法技术

本发明专利技术提出一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法，包括，在模块化多电平换流器MMC典型载波移相调制三相多载波相同相位首项和相位公差的条件下，分别计算三相上桥臂电压脉冲之间的相位差、三相下桥臂电压脉冲之间的相位差，得到计算结果；其中，所述三相包括A相、B相、C相；保持所述A相所有子模块载波相位不变，根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块载波相位增加对应的补偿值，得到所述MMC各子模块更新后的载波信号；将所述MMC各子模块电压参考信号与所述更新后的载波信号比较，产生驱动脉冲并作用于所述MMC各子模块。通过本发明专利技术提出的方法，在不降低MMC载波移相调制的直流电压利用率的基础上，实现MMC共模电压波动的减小。电压波动的减小。电压波动的减小。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法


[0001]本专利技术属于电力电子


技术介绍

[0002]模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)在柔性高压直流输电和中高压电机驱动场合有广泛应用前景，具有诸多优点：模块化程度高、谐波低、无直流母线电容等。MMC的调制方式主要分为两类：(1)低开关频率调制，如最近电平逼近调制；(2)高开关频率调制，如相位补偿式载波移相调制、载波层叠正弦脉宽调制。其中，相位补偿式载波移相调制适合于较低电平数的MMC。
[0003]然而，在目前MMC的研究中，对共模电磁干扰研究甚少。实际上，MMC中存在着高频跳变的共模电压，在使用相位补偿式载波移相调制时，MMC共模电压每次跳变的幅值为子模块电容电压的1/6，跳变频率为载波频率的6N倍，N为MMC单个桥臂子模块数，其存在不可忽略。高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害负载电机轴承、换流器及线路附近通信系统等，亟待解决。
[0004]适用于MMC的低共模电磁干扰调制方法，具有硬件改变小、成本低的优点，因此在过去数年间得到了一定的研究。MMC低共模电磁干扰调制主要分为两类：(1)减小共模电压波动的调制；(2)载波扩频调制。
[0005]过去有文献提出在MMC载波层叠调制基础上，将桥臂电压参考信号的脉冲部分与锯齿载波相比较，使桥臂电压脉冲的上升沿时刻由上一相桥臂电压脉冲的下降沿时刻决定，同时脉冲下降沿时刻由上一相脉冲下降沿时刻与脉冲时间宽度之和决定，从而实现MMC桥臂电压脉冲的重新排列，使得三相上桥臂、下桥臂电压脉冲均首尾相接，从而减小MMC载波层叠调制下的共模电压波动，抑制MMC产生的共模电磁干扰。
[0006]或在MMC最近电平逼近调制基础上，选择特定的零共模电压矢量组，由距离参考电压矢量最近的零共模电压矢量确定MMC各子模块的开关信号，使得MMC三相上桥臂电压之和保持恒定，从而抑制了MMC的共模电磁干扰。
[0007]或提出一种降低MMC共模电磁干扰的六段式载波层叠调制，通过三相参考电压的大小关系，将工频周期分为六个区间，在每一个区间内，幅值处于最大值或最小值的相桥臂子模块数由参考信号和载波层叠调制直接决定，但幅值处于中间值的相桥臂子模块数，由3N/2减去另两相桥臂子模块数的和决定，实时调整该相应投入的子模块数，从而实现MMC共模电压的恒定。
[0008]或提出了一种适用于单相MMC的变开关频率调制方法，在正弦参考信号的峰值位置采用较低频率的载波，而在参考信号过零位置采用较高频率的载波，从而降低了MMC桥臂电压频谱中开关频率及其倍数次的峰值，实现MMC共模电磁干扰的抑制。
[0009]或提出了一种混沌载波移相调制，将MMC子模块的载波频率在一定范围内混沌变化，将差模电压、共模电压频谱中峰值能量扩散到整个频谱，从而实现了MMC共模电压频谱峰值的降低。
[0010]上面这些低共模电磁干扰调制方法从源头抑制了MMC的共模电磁干扰。但是当前的共模电压恒定MMC载波移相方法存在降低直流电压利用率的缺点，在对桥臂电压脉冲重新排列的过程中，改变了脉冲宽度以及脉冲整体相位，相比于MMC典型载波移相调制，此类方法的直流电压利用率减小为原值的0.866；而载波扩频调制方法，可以一定程度上抑制MMC共模电压频谱的峰值，但共模电压时域波动的峰值并未减小，且共模电压频谱峰值的抑制效果远小于MMC共模电压恒定方法。
[0011]为此，本专利技术提出一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式相位补偿式载波移相调制方法，在不降低MMC载波移相调制的直流电压利用率的基础上，实现MMC共模电压波动的减小，理论上可以减小为零。

技术实现思路

[0012]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0013]为此，本专利技术的目的在于提出一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法，用于在不降低MMC载波移相调制的直流电压利用率的基础上，实现MMC共模电压波动的减小。
[0014]为达上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法，包括：
[0015]在模块化多电平换流器MMC典型载波移相调制三相多载波相同相位首项和相位公差的条件下，分别计算三相上桥臂电压脉冲之间的相位差、三相下桥臂电压脉冲之间的相位差，得到计算结果；其中，所述三相包括A相、B相、C相；
[0016]保持所述A相所有子模块载波相位不变，根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块载波相位增加对应的补偿值，得到所述MMC各子模块更新后的载波信号；
[0017]将所述MMC各子模块电压参考信号与所述更新后的载波信号比较，产生驱动脉冲并作用于所述MMC各子模块。
[0018]另外，根据本专利技术上述实施例的一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0019]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述MMC典型载波移相调制，包括：
[0020]对所述MMC各子模块施加相同幅值、周期的等腰三角形载波，则同相上桥臂内各子模块的载波初始相位按等差数列排列，首项为0，公差为2π/N，同相下桥臂内各子模块的载波初始相位按等差数列排列，首项为π/N，公差为2π/N；
[0021]将各桥臂电压参考信号平均分配给各桥臂内各子模块，通过将所述各桥臂内各子模块的电压参考信号标幺值与三角载波信号比较，得到所述各桥臂内各子模块的脉冲驱动信号。
[0022]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述保持所述A相所有子模块载波相位不变，根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块载波相位增加对应的补偿值，包括：
[0023]定义同相上桥臂的对应时间偏移τ
pj
，j＝a,b,c，在一个控制周期T内，使j相编号x子模块电压脉冲上升沿时刻t
prjx
增加载波时间偏移τ
pj
后，与上一相k编号y子模块电压脉冲下降沿时刻t
pfky
增加载波时间偏移τ
pk
后相位一致，j＝a,b,c对应的k值为c,a,b，m为任意整数，数学表达式为：t
prjx
+τ
pj
＝t
pfky
+τ
pk
+mT。
[0024]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块载波相位增加对应的补偿值之后，MMC三相上桥臂、下桥臂的电压脉冲均满足：b相编号i子模块的电压脉冲上升沿时刻与a相编号i子模块的电压脉冲下降沿时刻一致；c相编号i1子模块的电压脉冲上升沿时刻与b相编号i2子模块的电压脉冲下降沿时刻一致；a相编号i子模块的电压脉冲上升沿时刻与c相编号i子模块的电压脉冲下降沿时刻一致，其中i,i1,i2均为介于1和N之间的整数且i1与i2满足如下关系：当i2≤N/2时，i1＝i2+N/2，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制MMC共模电磁干扰的相位补偿式载波移相调制方法，其特征在于，包括以下步骤：在模块化多电平换流器MMC典型载波移相调制三相多载波相同相位首项和相位公差的条件下，分别计算三相上桥臂电压脉冲之间的相位差、三相下桥臂电压脉冲之间的相位差，得到计算结果；其中，所述三相包括A相、B相、C相；保持所述A相所有子模块载波相位不变，根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块载波相位增加对应的补偿值，得到所述MMC各子模块更新后的载波信号；将所述MMC各子模块电压参考信号与所述更新后的载波信号比较，产生驱动脉冲并作用于所述MMC各子模块。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MMC典型载波移相调制，包括：对所述MMC各子模块施加相同幅值、周期的等腰三角形载波，则同相上桥臂内各子模块的载波初始相位按等差数列排列，首项为0，公差为2π/N，同相下桥臂内各子模块的载波初始相位按等差数列排列，首项为π/N，公差为2π/N；将各桥臂电压参考信号平均分配给各桥臂内各子模块，通过将所述各桥臂内各子模块的电压参考信号标幺值与三角载波信号比较，得到所述各桥臂内各子模块的脉冲驱动信号。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持所述A相所有子模块载波相位不变，根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块载波相位增加对应的补偿值，包括：定义同相上桥臂的对应时间偏移τ
pj
，j＝a,b,c，在一个控制周期T内，使j相编号x子模块电压脉冲上升沿时刻t
prjx
增加载波时间偏移τ
pj
后，与上一相k编号y子模块电压脉冲下降沿时刻t
pfky
增加载波时间偏移τ
pk
后相位一致，j＝a,b,c对应的k值为c,a,b，m为任意整数，数学表达式为：t
prjx
+τ
pj
＝t
pfky
+τ
pk
+mT。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述计算结果将所述B相、C相的各子模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李虹，王作兴，褚召义，张波，郑琼林，杨中平，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：