[发明专利]一种级联型PWM整流器的调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种级联型PWM整流器的调制方法，属于高压大功率电力电子技术领域。

背景技术

随着智能电网建设的不断推进，高压大功率电力电子装置在电力系统中获得了越来越广泛的应用。电压平衡控制技术是级联型PWM整流器能够安全、可靠运行的关键技术，由电压不平衡引起的某直流侧电容过压将导致装置故障，甚至损坏。因此，近年来许多文献针对电压不平衡问题提出了新型的解决方案。根据应用调制算法的不同，这些电压平衡控制方法主要可以分为两大类：第一类是基于选择谐波消除技术，通过改变各个级联单元的移相角，使得输出电压能够消除指定低次谐波，这种情况下各个开关器件工作在与电网电压接近的频率段，损耗较小，可开断电流较大，但由于可消除的谐波次数非常有限，因此输出谐波含量较大。第二类是基于载波移相脉宽调制技术,因其能够用较低的开关频率实现较高的等效开关频率，近年来已成为级联型装置应用的主流。

各个级联单元之间的损耗差异是造成级联型PWM整流器直流侧电压不平衡的根本原因。由于各个H桥单元在其交流侧共用同一个交流电流，因此基于CPS-PWM的平衡控制方法通常以修改调制信号为目的，主要分为相位修正、幅值修正以及矢量修正三种。

然而，无论是何种平衡控制方法，它们都与载波移相调制算法的使用前提有一定的矛盾，因此在级联单元个数为N时，2Nf_c以下的载波边带谐波将无法完全消除，引起了输出电压加权总谐波畸变指标（WTHD）的增大。

发明内容

发明目的：本发明提出一种级联型PWM整流器的调制方法，消除了由于调制信号不一致所引起的主谐波对网侧电流的影响。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种级联型PWM整流器的调制方法，包括以下步骤：

1）提取各个H桥单元的调制信号；

2）根据级联单元个数N，计算得到各个H桥单元的初始载波相位值；

3）计算各个H桥单元各个级联单元的实际载波相位值θ_i；

4）利用现有技术将各单元以实际载波相位θ_i为相角的三角载波与调制信号m_i比较，得到各个级联单元的开关信号；

5）在其他相链节中重复上述四步。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2）中第i个H桥单元的初始载波相位值α_i=(i-1)π/N(i=1,2...N)。

有益效果：本发明所提出的一种级联型PWM整流器的调制方法，具有实现简便，数字信号处理器运算量小的优点。该方法使得级联型PWM整流器的网侧电流主谐波能够完全消除，并提高了网侧电流性能，对电压平衡控制算法无影响，不影响装置控制的动态性能。

附图说明

图1为三角形连接级联型PWM整流器拓扑结构；

图2为级联型PWM整流器电压平衡控制框图；

图3为谐波与基波的幅值比－调制比的关系；

图4为谐波加权因子－调制比的关系；

图5为N个单元级联时主谐波矢量图；

图6为本发明与现有载波移相调制策略比较图；

图7为现有调制方法下交流侧电压及其FFT分析；

图8为本发明调制方法下交流侧电压及其FFT分析。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

级联型PWM整流器按连接方式可分为星型接法和三角形接法两种，两者应用的平衡算法存在一定的区别。其中，星型连接由于三相之间存在一定的耦合，因此平衡算法涉及相间平衡与相内平衡两种，实现较为复杂。相反，三角形接法能够使装置分解为三个单相独立控制，实现较为方便，基于此连接方式提出的平衡算法较多。

基于三角形连接的级联型PWM整流器拓扑结构如图1所示，每相单元由并网电感L和N个H桥级联单元组成，损耗电阻r_i用来等效各H桥单元的并联损耗。

由于各单元能够分相独立控制，因此这里仅以AB相为例进行分析。由于各H桥交流侧共用相同电流，因此根据线性调制原理，各H桥有功功率P_Hi满足式（1）：