模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法制造技术

模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法，模块化多电平换流器MMC的电路拓扑结构中，上桥臂和下桥臂各有N个子模块，将调制波归一化到（-1,1）区间，分N段处理，根据预设输出以及积分比较互补调制得到2N个PWM输出，然后通过双循环映射选择将所述2N个PWM输出分配到2N个子模块上，使MMC输出调制波的电压波形，其中MMC电路的电容电压波动作为反馈量反馈到积分比较互补调制中，以实现电容电压波动的稳定。本发明专利技术调制方法可用于中高压、大功率场合的MMC的控制信号调制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模块化多电平换流器，为一种模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法，可用于中高压、大功率场合的模块化多电平换流器MMC的控制信号调制。
技术介绍
模块化多电平换流器MMC，其最早在2002年由慕尼黑联邦国防军大学Marquardt等人提出的。其优势在于具有整流和逆变状态四象限运行的特点；硬件结构模块化可满足不同的电压等级，可降低成本；可满足多电平换流器对用于高压大功率的需求，无需变压器；冗余化设计提高故障穿越能力等，近年逐渐得到了越来越多的关注。 模块化多电平逆变电路每相由一系列子模块(submodule, SM)串联得到。每个SM都与电容并联，相当于I个独立的直流源，所有的SM参数均相等。通过SM单元开关器件开通或关断来控制SM输出电平。MMC每相上下桥臂各有N个SM，那么最多可以输出N+1种电平。目前模块化多电平逆变器的控制方法，主要有最近电平逼近法(NLM)，载波移相法(CPSPWM)，载波层叠调制法(DPSPWM)，消除特定次谐波调制法(SHEPWM)，电压空间矢量调制法(SVPWM)等。最近电平逼近法使用于模块数较高的场合，但其存在模块的优化排序和频繁选择问题；载波移相调制法是一种相对成熟的调制方法，在MMC研究中应用较多，但载波移相并不是严格的N+1电平调制，同时需要单独的控制系统来实现电容电压的平衡，会有系统失稳的可能；载波层叠无法实现自然功率均衡；消除特定次谐波调制法，在计算开关点的时候需要解非线性超越方程，计算复杂，一般通过离线查表法完成控制，动态特性差；空间矢量调制法，其电平数与电压空间矢量数目成三次方关系，随着电平数的增加，矢量选择的复杂度将会大幅提高。本专利技术在低开关损耗、控制方法简单的基础之上，实现了低谐波的电压输出，并能很好地抑制悬浮电容的电压波动，且不会存在失控的情况。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是模块化多电平换流器MMC的控制方法存在缺陷，不能稳定工作，控制方法复杂，本专利技术的目的是在不改变硬件的条件下，降低开关损耗，且控制方法更为简单，实现低谐波的电压输出，并能很好地抑制悬浮电容的电压波动，且不会存在失控的情况。本专利技术的技术方案为模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法，模块化多电平换流器MMC的电路拓扑结构中，每相由一系列子模块串联得到，上桥臂和下桥臂各有N个子模块，将调制波归一化到(-1，I)区间，分成N段进行分段处理，根据预设输出以及积分比较互补调制得到2N个PWM输出，然后通过双循环映射选择将所述2N个PWM输出分配到对应的子模块上，输入模块化多电平换流器MMC，使其输出调制波的电压波形，其中模块化多电平换流器电路的电容电压波动作为反馈量反馈到积分比较互补调制中，进行电容电压动态平衡控制，实现电容电压波动的稳定。全部调制过程均通过DSP+FPGA软件编程进行控制，包括以下步骤步骤一对调制波分段处理，根据调制波的幅值范围把调制波分成N个区域，此步骤的输出为调制波的所处区域信息，即某时刻调制波正处于哪一个区域，其分段方法如下对于一个上下桥臂共有2N个模块的MMC，将调制波幅值归一化到(-1，I)区间，并分成N个小区域，每段区域的长度为2/N，分别为(-1，-1+2/N)，(-1+2/N, -1+4/N)，……，(1-4/N，1-2/N)，(1-2/N，I)，根据调制波的幅值来判断调制波处于哪一个区域；步骤二 积分比较互补调制、预设输出，根据分段处理后得到的区域信息以及MMC电路电容电压波动的反馈量，来进行脉 冲调制，其中积分比较互补调制的输入为分段处理后的区域信息及调制波形和MMC电路电容电压波动的反馈量，输出为对应上下桥臂各一个子模块的两个控制脉冲，默认设置为上下桥臂各自的第一个子模块；预设输出根据调制波所处区域，将预设好的2N-2个脉冲信号输出给除了互补调制的2个子模块之外的剩余的2N-2个子模块，所述预设输出与调制波所处区域对应，设(-1，-1+2/N)为第I区域，(1-2/N，I)为第N区域，则第k区域对应的预设输出情况为上桥臂除了互补调制的子模块外按顺序前k-Ι个子模块对应脉冲信号为0，其余为1，下桥臂除了互补调制的子模块外按顺序前k-Ι个子模块对应脉冲信号为1，其余为O,积分比较互补调制的输出与预设输出相互配合,输出2N个脉冲信号；步骤三双循环映射选择，对步骤二得到的2N个脉冲信号，进行次序优化，即改变步骤二得到的2N个脉冲信号与实际输给MMC电路2N个子模块的脉冲信号之间对应而得的虚拟映射表,对MMC电路输出对应2N个子模块的2N个控制脉冲，所述次序优化为上下桥臂各自对步骤二得到的虚拟映射表的映射关系进行错位循环，每一个循环通过一个值为I到N的循环计数器指针来控制虚拟映射表的映射次序，根据循环后的虚拟映射表实现对实际子模块的驱动输出；步骤四悬浮电容电压反馈，将步骤三中得到的2N个控制脉冲输入到MMC电路中，采集MMC电路2N个子模块中的电容电压，并作为反馈量，通过一个PI环节，作为步骤二中积分比较互补调制中积分参数的调节量ΛΒ，进行电容电压动态平衡控制，形成闭环以控制电容电压的稳定；步骤四中接收2N个控制脉冲的MMC电路输出调制波的电压波形。积分比较互补调制首先根据调制波所处区域，对调制波进行预处理，预处理的处理方法是对调制波的幅值取绝对值使之为正，然后减去2/N的相应倍数使调制波的幅值处在(0，2/N)区域内，再进行积分比较调制；积分比较调制是根据面积等效原则，对积分常数B进行积分，再与调制波进行比较，B的值为MMC电路电容电压反馈经PI环节输出的Λ B与B的初始值的和，B的初始值取O. 5，调制得到的对应上下桥臂的脉冲信号互为反相，从而使此对互补调制子模块每时刻始终只投入一个，实现MMC电路中每时刻只有N个子模块接入。双循环映射选择具体为设PWMp和PWMn分别表示采用积分比较互补调制时的得到的虚拟调制输出信号，Ιπ2 ΙηΝ、ΙηΝ+2 Ιη2Ν表示根据调制波所处区域得到的上下桥臂对应的剩余子模块的预设输出信号，Pulsef Pulse2N表示实际输出给从上到下2N个子模块的控制脉冲，对于虚拟映射表，将积分比较互补调制和预设输出的信号作为输入脉冲，实际输出给2N个子模块的控制脉冲作为输出脉冲，上下桥臂各自进行错位循环来选择虚拟映射表的映射次序，每一个循环通过一个值为I到N的循环计数器来控制虚拟输出信号与实际子模块的对应次序，计数器的频率和积分比较互补调制中的积分器清零脉冲频率相同，积分比较互补调制的积分器每清零一次，计数器则进行一次计数当计数器为I时，输入脉冲即为输出脉冲，即对上桥臂PWMiTPUlSel，In2 Pulse2, ......, InN PulseN ;对下桥臂PWMn PuIseN+1, InN+2 PulseN+2,......,In2N Pulse2N ；当计数器为2时，上下桥臂各自的输入脉冲和输出脉冲错位，对上桥臂即 PWMp Pulse2, In2 Pulse3, ......, InN-I PulseN, InN Pulsel ;对下桥臂PWMn PulseN+2，InN+2 PulseN+3, ......, In2N_l Pulse2N, In2N PulseN+1 ；当计本文档来自技高网...

【技术保护点】
模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法，模块化多电平换流器MMC的电路拓扑结构中，每相由一系列子模块串联得到，上桥臂和下桥臂各有N个子模块，其特征是将调制波归一化到（？1,1）区间，分成N段进行分段处理，根据预设输出以及积分比较互补调制得到2N个PWM输出，然后通过双循环映射选择将所述2N个PWM输出分配到对应的子模块上，输入模块化多电平换流器MMC，使其输出调制波的电压波形，其中模块化多电平换流器电路的电容电压波动作为反馈量反馈到积分比较互补调制中，进行电容电压动态平衡控制，实现电容电压波动的稳定。

【技术特征摘要】
1.模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法，模块化多电平换流器MMC的电路拓扑结构中，每相由一系列子模块串联得到，上桥臂和下桥臂各有N个子模块，其特征是将调制波归一化到(-1，O区间，分成N段进行分段处理，根据预设输出以及积分比较互补调制得到2N个PWM输出，然后通过双循环映射选择将所述2N个PWM输出分配到对应的子模块上，输入模块化多电平换流器MMC，使其输出调制波的电压波形，其中模块化多电平换流器电路的电容电压波动作为反馈量反馈到积分比较互补调制中，进行电容电压动态平衡控制，实现电容电压波动的稳定。2.根据权利要求I所述的模块化多电平换流器的可变积分双循环映射脉宽调制法，其特征是全部调制过程均通过DSP+FPGA软件编程进行控制，包括以下步骤 步骤一对调制波分段处理， 根据调制波的幅值范围把调制波分成N个区域，此步骤的输出为调制波的所处区域信息，即某时刻调制波正处于哪一个区域，其分段方法如下对于一个上下桥臂共有2N个模块的MMC，将调制波幅值归一化到(-1，I)区间，并分成N个小区域，每段区域的长度为2/N，分别为(-1，-1+2/N)，(-1+2/N, -1+4/N)，……，(1-4/N，1-2/N)，(1-2/N，I)，根据调制波的幅值来判断调制波处于哪一个区域； 步骤二 积分比较互补调制、预设输出， 根据分段处理后得到的区域信息以及MMC电路电容电压波动的反馈量，来进行脉冲调制，其中积分比较互补调制的输入为分段处理后的区域信息及调制波形和MMC电路电容电压波动的反馈量，输出为对应上下桥臂各一个子模块的两个控制脉冲，默认设置为上下桥臂各自的第一个子模块；预设输出根据调制波所处区域，将预设好的2N-2个脉冲信号输出给除了互补调制的2个子模块之外的剩余的2N-2个子模块，所述预设输出与调制波所处区域对应，设(-1，-1+2/N)为第I区域，(1-2/N，I)为第N区域，则第k区域对应的预设输出情况为上桥臂除了互补调制的子模块外按顺序前k-Ι个子模块对应脉冲信号为O，其余为1，下桥臂除了互补调制的子模块外按顺序前k-Ι个子模块对应脉冲信号为1，其余为O，积分比较互补调制的输出与预设输出相互配合，输出2N个脉冲信号； 步骤三双循环映射选择， 对步骤二得到的2N个脉冲信号，进行次序优化，即改变步骤二得到的2N个脉冲信号与实际输给MMC电路2N个子模块的脉冲信号之间对应而得的虚拟映射表，对MMC电路输出对应2N个子模块的2N个控制脉冲，所述次序优化为上下桥臂各自对步骤二得到的虚拟映射表的映射关系进行错位循环，每一个循环通过一个值为I到N的循环计数器指针来控制虚拟映射表的映射次序，根据循环后的虚拟映射表实现对实际子模块的驱动输出； 步骤四悬浮电容电压反馈， 将步骤三中得到的2N个控制脉冲输入到MMC电路中，采集MMC电路2N个子模块中的电容电压，并作为反馈量，通过一个PI环节，作为步骤二中积分比较互补调制中积分参数的调节量ΛΒ，进行电容电压动态平衡控制，形成闭环以控制电容电压的稳定； 步骤四中接收2N个控制脉冲的MMC电路输出调制波的电压波形。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅军，郑建勇，韩少华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：