[发明专利]一种模块化多电平换流器的特定消谐方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统柔性输配电、电力电子、电力拖动、电机驱动和用户电力技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的特定消谐领域。

背景技术

多电平换流器是近年来比较受欢迎一种大功率电力电子换流器，并且已经成功应用在很多工业领域，如静止无功补偿器、电力拖动、FACTS、高压直流输电和有源滤波器等。传统多电平换流器有多种不同的结构，常见的有二极管箝位型(NPC)、飞跨电容型(FLC)和级联H桥型(CHC)。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)作为一种新的多电平换流器，兼具了传统多电平换流器开关频率低、开关损耗小、高频噪声低、电压变化率小的优点。同时，与NPC型和FLC型多电平换流器相比，模块化程度高，开关器件数量不会随电平数的增加呈现非线性增长，结构设计简单；与CHC型相比，功率可以双向流动，开关器件也减少了一倍。

传统多电平换流器可以采用的调制策略有多种，如正弦脉宽调制(Pulse WidthModulation，简称PWM)、空间矢量脉宽调制(SVPWM)和特定消谐脉宽调制(SHEPWM)。而SHEPWM是比较受欢迎的一种，它可以消除指定次谐波，减小电压电流波形畸变率。

发明内容

为了使得MMC输出电压波形畸变更小、波形质量更好，有必要研究SHEPWM应用于MMC的方法。

针对模块化多电平换流器MMC拓扑结构，本发明提出了适用于该拓扑的特定消谐方法。该方法能在较低的开关频率下优化MMC输出电压谐波特性，提高波形质量。

模块化多电平换流器MMC每相上、下半桥臂都是由独立的数个子模块(Submodule)级联而成，并且每个子模块都可以独立控制开断。利用这一优点，合理选择每个子模块的开关角，以消除输出电压中特定次谐波，减小波形畸变，提高波形质量。具体方法如下：

通过在桥臂输出阶梯波电压中设置特定消谐角度，以消除特定次数的谐波。由于MMC输出电压具有1/4周期对称性，只需考虑1/4周期内的开关角求解。若每相半桥臂采用2N个子模块构成所需的多电平阶梯波输出电压时，输出状态发生改变的仅有N个子模块，也就是说只需求解1/4周期内的N个开关角即可。

在三相MMC中，某相特定消谐角度确定以后，其它两相的通过互错120°得到，这样输出线电压中不含三倍频谐波，从而可以消除更多高次谐波。具体步骤如下：

(1)由理论分析得出三相MMC输出电压的傅立叶级数展开表达式，表达式中包含N个子模块的开关角；

(2)令傅立叶级数展开表达式中基波分量等于期望值，N-1个特定次谐波分量等于0，从而得到N个非线性超越方程；

(3)确定MMC输出电压的基波期望值，计算此时半桥臂对应的N个开关角；

(4)以步骤(3)中的开关角作为初值，求解步骤(2)中的非线性超越方程，得到窄脉冲优化模型的初值；

(5)对步骤(4)得到的特定消谐角度进行窄脉冲优化，最终得到可用于工程的N个开关角度。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是依据本发明的三相MMC的电路示意图；

图2是依据本发明的三相MMC单桥臂输出电压波形示意图；

图3是依据本发明的特定消谐角度初值的计算方法示意图；

图4是依据本发明的在N＝5时，MMC输出电压频谱图。

具体实施方式

下面是本发明的优选实例，以下结合本附图对本发明实现的技术方案做进一步说明。

如图1所示是依据本发明的三相MMC的电路示意图，模块化多电平换流器MMC由三相6个半桥臂构成，每相半桥臂由2N个子模块级联而成。每相输出电压为：

v_an＝N·V_dc-v_au  or                      (1)

v_an＝-N·V_dc+v_al