[发明专利]一种基于选择性循环虚拟映射的载波层叠PWM调制方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及PWM调制，用于中高压、大功率场合的模块化多电平的调制输出及电容电压的动态平衡控制，为一种选择性循环虚拟映射的载波层叠PWM调制方法。

背景技术

模块化多电平变换器，作为一种典型的建立在半桥子模块基础上的模块化多电平结构，其拓扑中桥臂（三相或单相）主要由子模块单元（SM:Sub-Module）串联构成。每个子模块单元内部都会包含至少一个电容，相当于1个独立的直流源。通过SM单元中开关器件的开通或关断来控制SM输出电平，通过电平的叠加与相减构成系统实际输出，达到调制输出的目的。

目前针对这种模块化多电平的调制方法，主要有最近电平逼近法NLM，载波移相法CPSPWM，载波层叠调制法PDPWM，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，在实际研究中应用较多，但载波移相往往需要在调制信号中通过叠加平衡控制信号来实现电容电压的动态平衡，这样不仅带来输出信号的失真，且有造成系统失稳的可能，其通常采用的控制器设计由图1所示；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。本发明是在载波层叠PWM调制方法的基础上，通过采用选择性循环虚拟映射的方法，解决传统载波层叠PWM调制方法无法解决的电容电压的动态均衡；控制方法简单，能够很好地抑制子模块电容电压相互的偏差，且不会存在失控的情况。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有对模块化多电平变换器的调制方法不能很好的控制电容电压的动态平衡，控制方法复杂，需要一种控制方法简单，能够很好地抑制变换器的子模块的电容电压互相的偏差的调制方法。

本发明的技术方案为：一种选择性循环虚拟映射的载波层叠PWM调制方法，用于模块化多电平变换器，模块化多电平变换器的桥臂均由包含开关器件以及电容在内的半桥或全桥子模块串联构成，通过软件编程对调制过程进行控制，包括以下步骤：

1）建立与实际子模块数量相同的虚拟子模块，利用载波层叠PWM调制方法对虚拟子模块进行PWM调制，产生各虚拟子模块相对应的虚拟调制信号；

2）对于系统平衡对称的变换器，采用无差别循环映射建立虚拟子模块与实际子模块的循环映射对应关系，通过循环映射在各子模块间实现PWM信号无差别轮换，实现系统平衡对称条件下实际子模块的电容电压平衡控制，利用一个值为1～N的循环计数器指针来控制虚拟子模块与实际子模块之间映射次序，N为桥臂中的子模块数量，并将虚拟调制信号按照映射次序传输给实际子模块，实现对实际子模块的驱动输出；

3）当变换器系统失去平衡对称，在步骤2）的基础上获取变换器实际子模块的电容电压反馈量，对所述反馈量进行排序，获得其中最大电压以及最小电压相对应的实际子模块编号，然后根据桥臂电流方向，进行选择性循环映射：设实际子模块的编号为1～N，虚拟子模块对应的编号为1’～N’，将编号1’与N’的虚拟子模块的虚拟调制信号分别映射到最大/最小电压相对应的实际子模块中去，除去电容电压最大/最小值相对应的实际子模块，剩下的实际子模块的驱动信号依然按步骤2）所述的无差别循环进行映射，根据所述选择性循环映射控制实际子模块的电容电压动态平衡，虚拟调制信号按照所述选择性映射传输给实际子模块，实现对实际子模块的驱动输出；

4）实际子模块在虚拟调制信号的驱动下完成调制，输出调制后的信号。

与现有常用的几种调制算法相比，本发明的具有以下特点：

1、通过在虚拟子模块与实际子模块之间建立循环映射关系，从而保证了系统不改变调制信号的前提下，使模块化多电平变换器具备动态电压调节能力，避免了类似载波移相调制通过在参考信号上叠加平衡控制信号后，因参数选择不当可能引起的系统稳定性问题，因而具有很强的鲁棒性；

2、控制方法简单，不需要像载波移相PSPWM一样为了平衡电压要加独立的控制器，只需在原有的DSP或FPGA中设置本发明的调制方法进行控制即可；

3、实现动态平衡控制，只需选择性地改变虚拟子模块与实际子模块之间的对应映射关系，即不存在系统参数选择不当而失稳的情况，不会失控。

附图说明

图1模块化多电平变换器载波移相调制平衡控制功能框图。

图2是模块化多电平变换器拓扑结构。