[发明专利]一种基于载波层叠调制的模块化多电平变流器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平变流器控制方法，具体涉及一种基于载波层叠调制的模块化多电平变流器控制方法。

背景技术

随着社会进步和工业发展，现代电力系统存在两大特点：输配电系统庞大，电力系统电压和功率等级的不断提升。首先，现代社会对电力的需求越来越多，为了满足用户对电力日益增长的需求，电力系统变得越来越庞大，覆盖范围也越来越广阔。这给电力系统的稳定性带来挑战。同时，由于我国地域辽阔，但资源分布不平衡，为了提高长远距离输电的效率，高压直流输电(HVDC)技术应用越来越广泛。其次，现代电力系统的负载也有新的特点：电力电子装置具有优越的性能，已经被工农业等消费产业大量采用。然而，电力电子装置作为非线性负载，会向电网注入无功和谐波，随着非线性负载容量的增大，其对配电系统的影响也越来越大，使系统存在不安全，不稳定隐患。对中高压输配电系统进行无功补偿，可以有效改善电力系统的稳定性。不同供电系统之间通过高压直流输电系统(HVDC)互联，可以解决系统不同步问题，也可以阻止故障在系统之间蔓延，是改善系统稳定性与可靠性的可行方法。

模块化多电平变流器(MMC)自从提出之后就得到学者的广泛的研究和工程师的强烈关注。模块化多电平变流器具有诸多优点：模块化设计、低开关频率、低功耗、高质量的频谱特性等。这些优点给模块化多电平变流器的制造，安装，维护带来了巨大方便，也使得其不用网侧变压器直接挂入中高压电网。现在模块化多电平变流器已被应用于高压直流输电系统和中高压电能质量控制系统，成为改善输配电系统稳定性与可靠性的有效方法。

近来，针对模块化多电平变流器的研究，许多学术工作与成果已被提出。研究热点主要集中在对模块化多电平变流器的建模，新型的调制策略，子模块电容电压平衡，降低半导体器件的开关频率以及仿真技术等方面。其中，调制策略是决定模块化多电平变流器最终输出特性的关键所在。已有的调制策略主要可以分为以下四类：最近电平调制，查表调制，载波移相调制和载波层叠调制。其中，最近电平调制以其实现过程简单获得了广泛应用。通常，该调制策略与子模块电容电压排序控制结合使用来确保系统的正常运行。然而该方法会加重数字控制器负担，同时增加额外的平均开关频率，不利于降低系统损耗；查表法则是通过特定谐波消去或其他方法计算出相应的开关时刻存储到控制器中。该方法可以实现很低的开关频率，但是其往往存在调制比离散化，存储占用大量硬件资源等问题；对于载波移相调制，其需要大量的复杂的PI调节器来实现子模块电容电压平衡控制，不利于系统稳定性；载波层叠调制仅需一个载波信号，实现过程较为简单。但现有的基于载波层叠调制方法的电容电压平衡控制策略在应用中会引起额外的开关动作，从而增加系统损耗。因此，需要一种新型的基于载波层叠调制策略的模块化多电平变流器电容电压平衡控制方法来有效地解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于载波层叠调制的模块化多电平变流器控制方法，该方法可以实现各子模块电容电压平衡，且不会引起额外的开关动作。

为达到上述目的，本发明所述的基于载波层叠调制的模块化多电平变流器控制方法包括以下步骤：

1)获取三相模块化多电平变流器每相交流侧的输出电压u_a、u_b及u_c，对三相模块化多电平变流器每相交流侧的输出电压u_a、u_b及u_c进行归一化处理，并根据归一化处理的结果确定三相模块化多电平变流器每相中上桥臂及下桥臂的调制波，其中，三相模块化多电平变流器中每个桥臂包括N个子模块；

2)数据控制器产生三角载波信号tril，得N层载波信号，其中，第i层载波信号通过三角载波信号tril与直流偏置相加得到，然后根据步骤1)得到的三相模块化多电平变流器每相中上桥臂及下桥臂的调制波以及各层载波信号通过载波层叠调制策略得N层原始调制信号；

3)引入同步脉冲信号S_syn，然后在该同步脉冲信号S_syn的上升沿时采集三相模块化多电平变流器中各子模块电容电压，得各桥臂电容电压最大值及最小值对应的子模块M_max及子模块M_min；