一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法、系统及设备，涉及DC/DC变换器技术领域。本发明专利技术通过接收输入电压参考值U

【技术实现步骤摘要】
一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及DC/DC变换器
，具体为一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]模块化多电平直流/直流变换器(Modularmultilevel DC/DC converter,MMDC)因具有模块化程度高、耐压能力强等优势成为近年来DC/DC变换器的研究热点；MMDC可分为隔离型和非隔离型两类，其中隔离型MMDC控制系统较为成熟，具有拓展性强、功率等级高等优点，且能够有效隔离故障，使系统安全稳定可靠运行，适用于海上风电直流汇集组网。
[0003]调制策略是实现MMDC正常运行的基础，按照所合成参考电压的具体形态进行分类，MMDC的调制可分为正弦波调制、方波调制和准两电平调制。正弦波调制以提高交流侧波形质量为主要目的，但是MMDC中的交流侧仅作为中间环节，并不需要输出工频正弦波；而方波调制则可有效提升直流电压利用率和功率传输能力,但是方波调制的电压变化率dv/dt很大，且方波电压存在大量谐波会降低变换器效率；准两电平调制不仅具有方波调制的优势，且有效减小了电压变化率dv/dt，但其交流侧电压电流中存在大量的高次谐波，额外增加了变压器的损耗，为此，我们提出一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法、系统及设备。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法、系统及设备，通过改变调制波开关角可以实现降低变压器一次侧电压电流THD，从而降低变压器谐波损耗，并且具有较高的直流电压利用率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法，包括以下步骤：
[0006]接收输入电压参考值U
in
*与实际输入电压U
in
数据，将输入电压参考值U
in
*与实际输入电压U
in
作差，并将差值经过PI控制器输出调制度m；
[0007]根据调制度m、最优开关角α
m
和过渡时间T
t
，计算得到j相上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
，并根据得到的上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
，计算得到j相上、下桥臂所要投入的子模块数目N
ju
，N
jl
；
[0008]接收上、下桥臂每个子模块的电容电压数据，对子模块电容电压数据进行升序排序获得每个子模块的投切状态，依据投切状态生成每个子模块开关管的驱动信号。
[0009]进一步的，所述最优开关角α
m
的计算过程如下：
[0010]①
对调制波v
(t)
进行傅里叶级数展开：
[0011][0012]②
由于阶梯波v
(t)
具有奇对称性，所以偶次谐波分量都为零，因此a0＝0，a
n
＝0
[0013][0014]③
则调制波有效值V
rms
和基波有效值V
1，rms
分别为：
[0015][0016]④
定义调制波THD为:
[0017][0018]其中
[0019][0020]将式(3)和式(4)带入式(6)可得：
[0021][0022]根据公式(5)，当α＝0
°
时，MFT的一次电压THD为0.48，当α＝23.22
°
，即为最优开关角α
m
，此时THD取得最小值为0.29。
[0023]进一步的，所述过渡时间T
t
根据系统要求的电压变化率dv/dt得到。
[0024]进一步的，所述j相上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
计算公式如下：
[0025][0026][0027]其中，y
j
是m＝1时的j相调制信号波。
[0028]进一步的，所述j相上、下桥臂所要投入的子模块数目N
ju
，N
jl
计算公式如下：
[0029]N
ju
＝round
x
(Ny
ju
)
[0030]N
jl
＝round
x
(Ny
jl
)
[0031]其中，N为每个桥臂的子模块数目。
[0032]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制系统，包括：
[0033]调制度输出模块：用于接收输入电压参考值U
in
*与实际输入电压U
in
数据，将输入
电压参考值U
in
*与实际输入电压U
in
作差，并将差值经过PI控制器输出调制度m；
[0034]计算模块：用于根据调制度m、最优开关角α
m
和过渡时间T
t
，计算得到j相上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
，并根据得到的上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
，计算得到j相上、下桥臂所要投入的子模块数目N
ju
，N
jl
；
[0035]驱动信号生成模块：用于接收上、下桥臂每个子模块的电容电压数据，对子模块电容电压数据进行排序获得每个子模块的投切状态，依据投切状态生成每个子模块开关管的驱动信号。
[0036]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种隔离型MMDC，包括一次侧MMC、二次侧二极管整流电路和中频变压器。
[0037]进一步的，所述MMC的j相中包括上桥臂和下桥臂，j相上桥臂电压为v
ju
，下桥臂电压为v
jl
，输出侧采用二极管整流电路。
[0038]进一步的，所述每个桥臂由N个半桥子模块级联而成。
[0039]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了所述的一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法。
[0040]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0041]隔离型MMDC输入侧采用MMC结构可改善交流输出电能质量，输出侧采用二极管整流电路，使得电路结构简单、紧凑且可靠性高，同时降低了系统成本与损耗，适用于功率单向流动的海上风电场应用场合；THD优化调制控制方法通过变调制波占空比和幅值可以降低变压器一次侧电压电流THD，从而减小变压器谐波损耗，并且在减小变压器谐波损耗的同时保持了较高的直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法，其特征在于，包括以下步骤：接收输入电压参考值U
in
*与实际输入电压U
in
数据，将输入电压参考值U
in
*与实际输入电压U
in
作差，并将差值经过PI控制器输出调制度m；根据调制度m、最优开关角α
m
和过渡时间T
t
，计算得到j相上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
，并根据得到的上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
，计算得到j相上、下桥臂所要投入的子模块数目N
ju
，N
jl
；接收上、下桥臂每个子模块的电容电压数据，对子模块电容电压数据进行升序排序获得每个子模块的投切状态，依据投切状态生成每个子模块开关管的驱动信号。2.根据权利要求1所述的一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法，其特征在于：所述最优开关角α
m
计算过程如下：
①
对调制波v
(t)
进行傅里叶级数展开：
②
由于调制波v
(t)
具有奇对称性，所以偶次谐波分量都为零，因此a0＝0，a
n
＝0
③
则调制波有效值V
rms
和基波有效值V
1，rms
分别为：分别为：
④
定义调制波v
(t)
的THD为:其中将式(3)和式(4)带入式(6)可得：根据公式(5)，当α＝0
°
时，MFT的一次电压THD为0.48，当α＝23.22
°
，即为最优开关角α
m
，此时THD取得最小值为0.29。3.根据权利要求1所述的一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法，其特征在
于：所述过渡时间T
t
根据系统要求的电压变化率dv/dt得到。4.根据权利要求1所述的一种适用于隔离型MMDC的THD优化调制控制方法，其特征在于：所述j相上、下桥臂调制波y
ju
、y
jl
计算公式如下：计算公式如下：其中，y

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