[发明专利]一种模块组合多电平变换器的方波脉冲循环调制方法

说明书

技术领域

本发明属于多电平变换器控制技术领域，特别涉及一种模块组合多电平变换器的方波脉冲循环调制方法。 

背景技术

近年来，多电平变换技术得到不断推广，并已成功应用在诸如高压直流输电、电力传动、有源滤波、静止同步补偿等工业领域，目前常见的电压型多电平变换器拓扑大致可分为筘位型和单元级联型两大类。模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。 

脉冲调制技术是模块组合多电平变换器的重要研究课题之一，传统的多电平调制技术包括正弦脉宽调制技术(SPWM)、空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)、方波脉冲调制技术等。方波脉冲调制技术采用阶梯波逼近正弦波形，具有低次谐波含量小、开关频率低等优点，与SPWM、SVPWM技术相比，方波脉冲调制技术更适合于对变换器效率要求高的大功率应用场合。但方波脉冲调制技术直接应用于MMC时将导致各功率单元输出功率不平衡，严重时导致系统无法正常工作。 

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了一种模块组合多电平变换器的方波脉冲循环调制方法。本发明的目的在于克服传统方波脉冲调制技术的局限性。 

一种模块组合多电平变换器的方波脉冲循环调制方法包括以下步骤： 

1)设定模块组合多电平变换器含有2n个A相功率单元、2n个B相功率单元和2n个C相功率单元；位于上桥臂的第1个A相功率单元至第n个A相功率单元以及位于下桥臂的第n+1个A相功率单元至第2n个A相功率单元构成2n个A相功率单元，位于上桥臂的第1个B相功率单元至第n个B相功率单元以及位于下桥臂的第n+1个B相功率单元至第2n个B相功率单元构成2n个B相功率单元，位于上桥臂的第1个C相功率单元至第n个C相功率单元以及位于下桥臂的第n+1个C相功率单元至第2n个C相功率单元构成2n个C相功率单元；n为大于等于1的正整数； 

S相为A相、B相或C相，针对2n个S相功率单元，执行步骤1)至步骤3)； 

进行方波脉冲开关角计算，形成基本方波脉冲：首先根据模块组合多电平变换器的输出电平数n+1，计算上桥臂中用于合成交流输出阶梯波电压的开关角θ₁-θ_n，以确定第1个S相功率单元至第2n个S相功率单元的基本方波控制脉冲的起始角度α₁-α_2n和基本脉冲宽度β₁-β_2n，其中α_d＝θ_d，β_d＝π-2θ_d，d取1-n；α_e＝π+θ_e-n，β_e＝π-2θ_e-n，e取n+1 至2n；从而形成了第1个S相功率单元至第2n个S相功率单元对应的基本方波控制脉冲P₁-P_2n； 

2)脉冲修正，以减小基本方波控制脉冲P₁-P_2n之间的脉冲宽度差：在保证合成阶梯波输出波形不变的前提下，根据两个原则对基本方波控制脉冲P₁-P_2n的起始角度α₁-α_2n和基本脉冲宽度β₁-β_2n进行修正，得到第1个S相功率单元至第2n个S相功率单元对应的优化方波脉冲P₁’-P_2n’；两个原则为一个工频周期内第1个S相功率单元至第2n个S相功率单元对应的方波脉冲高电平持续时间相等的原则以及任意时刻A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂中处于投入状态的功率单元总数相等的原则； 

3)对步骤2)中生成的优化方波脉冲P₁’-P_2n’按照以下次序和切换周期进行循环和判断反相调整：