[发明专利]模块化多电平变换器调制方法及调制控制器

说明书

技术领域

本发明涉及多电平变换器技术领域，尤其涉及一种模块化多电平变换器调制方法及调制控制器。

背景技术

多电平变换器广泛应用于中高压大功率电力变换场合,如柔性交直流输电技术，大功率变频驱动器以及新能源集中式并网技术等。在各种多电平变换器中，模块化多电平变换器不仅保留了H桥级联式多电平变换器开关器件应力小、结构高度模块化和输出电压波形畸变小的优点，同时具有公共直流母线，尤其适用于背靠背结构的中高压大功率变换场合。

为了保证模块化多电平变换器的性能优势和装置稳定性,调制算法和子模块均电压均衡方法取到了决定性的作用。通常，模块化多电平变换器的调制算法可以分为基波调制和PWM调制两种。基波调制是通过特定的算法，计算当前状态下各个桥臂中子模块电容的投入数，从而控制各个开关管的导通与关断。PWM调制是通过载波移相（移位）的方法对每个子模块开关管进行PWM调制，从而实现多电平电压输出。

相较而言，基波调制的开关频率很低，损耗小，方便在调制方法中嵌入子模块电容电压均衡方法，但是在电平数不多的情况下输出电压正弦度较低；PWM调制等效开关频率高，可在较少电平数的情况下输出高正弦度的电压，但这种调制方法通常需要相当多路PWM电路，在电平数较多时实现复杂，为了实现子模块电压均衡该方法通常需要在控制算法中额外加入子模块电容电压均衡算法，并且损耗较高，当电平数较多时其硬件同步信号微小的延迟误差也会对输出性能造成较大的影响。

并且，由于两种调制算法均是在子模块电容电压额定值的基础上得到相应的子模块开关状态，但是子模块电容电压客观存在波动，实际子模块电容电压瞬时值并不能与理论值相吻合，该误差会由于相单元桥臂中子模块的误差累积而放大，使实际输出电压无法与理论值相契合，严重影响输出电压的准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种在较少电平数情况下更精确，更高效且硬件实现简单的模块化多电平变换器调制方法及调制控制器。

第一方面，本发明提供了一种模块化多电平变换器调制方法，包括如下步骤：应投入模块数计算步骤、选择步骤和调制步骤。其中，应投入模块数计算步骤为，根据模块化多电平变换器的输出电压指令值计算各相当前时刻上桥臂所需投入的第一子模块数n_jp，以及，下桥臂所需投入的第二子模块数n_jn；选择步骤为，在所述上桥臂的多个子模块中，选择一个子模块做PWM调制；在所述下桥臂的多个子模块中，选择一个子模块做PWM调制；调制步骤为，投入各相上桥臂的n_jp个子模块以及下桥臂的n_jn-1个子模块；同时，令上桥臂做PWM调制的子模块与下桥臂做PWM调制的子模块处于输出互补的工作状态。

进一步地，上述模块化多电平变换器调制方法中，所述应投入模块数计算步骤包括：上桥臂输出电压指令值计算步骤、上桥臂子模块电容应投入数计算步骤和下桥臂子模块电容应投入数计算步骤。其中，上桥臂输出电压指令值计算步骤为，根据模块化多电平变换器的所述输出电压指令值u_jm，计算当前时刻上桥臂的输出电压指令值u_jpm：上桥臂子模块电容应投入数计算步骤为，根据上桥臂的输出电压指令值u_jm计算上桥臂子模块电容投入数n_jp：其中，N为各桥臂子模块数，floor为向下取整函数，u_dc为模块化多电平变换器的直流母线电压；下桥臂子模块电容应投入数计算步骤为，根据上桥臂子模块电容投入数n_jp计算下桥臂子模块电容投入数n_jn：n_jn＝N-n_jp。

进一步地，模块化多电平变换器调制方法中，所述选择步骤包括，采样步骤、排序步骤和定位步骤。采样步骤为，获取当前时刻各相各子模块的电容电压，以及当前时刻各相上桥臂、下桥臂电流方向；排序步骤为，在所述电流方向为充电的情况下，对该桥臂子模块电容电压升序排列，在电流方向为放电的情况下，对该桥臂子模块电容电压降序排列；定位步骤为，定位各相上桥臂子模块排列中的第n_jp+1个子模块为所述上桥臂进行PWM调制的子模块，以及，下桥臂子模块排列中的第n_jn个子模块为下桥臂进行PWM调制的子模块。