[发明专利]MMC分布式控制系统中子控制器三角载波的分次同步法

说明书

本发明公开了一种MMC分布式控制系统中子控制器三角载波的分次同步法，采用改变三角载波峰值方法来改变三角载波相位进而实现各个子控制器间三角载波的同步。当主控制器中目标三角载波归零且系统需要进行同步时，主控制器通过通信网络向各个子控制器同时发送同步信号；通过改变之后n个周期三角载波频率，使得n个周期后清除计数偏差，实现自身三角载波与目标三角载波的同步和占空比的恒定。本发明的分次同步法在良好的实现各个子控制器三角载波同步的同时，确保不会在三角载波中产生阶跃跳变，也就确保驱动信号中不会产生错误电平，大大降低了同步对于整体系统运行的影响。

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，尤其是MMC分布式控制系统中子控制器方法。

背景技术

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)是一种极有前景的电力电子变流器拓扑，尤其对于高压直流输电领域。模块化多电平变流器的各相由上下两个桥臂构成，每个桥臂由N个子模块与一个桥臂电感串联而成。其通过多个子模块的串联降低各个开关器件所承受的电压并形成多电平的输出，因而当其应用于高压直流输电领域其往往需要大量的子模块。模块化多电平变流器的运行需要对各个子模块分别进行控制，因而当其子模块数量很多时，若依然使用传统集中式控制，系统可行性较低。集中式控制采用一个控制器对全部子模块进行控制，当子模块数量较多时，系统需要大量光纤，并且此控制器的计算负担十分庞大。因而在子模块数量较多时，模块化多电平变流器系统往往采用分布式控制。分布式控制采用一个主控制器与每个子模块对应的子控制器进行控制，主控制器与子控制器通过通信网络相连，同时计算负担也被合理的分散在主控制器与子控制器之间。

由于分布式控制系统其采用各个子控制器对子模块进行控制，其较为适合采用载波移相调制方法。载波移相调制方法采用N路相位360/N度的一组三角载波来对调制信号进行调制，各个三角载波公用同一个调制信号，此种调制方式具有低频三角载波频率谐波自清除的能力。在分布式控制系统中，往往使得各个子控制器产生对应的三角载波，主控制器将调制信号通过通信网络发送给各个子控制器，各个子控制器将收到的调制信号与自身三角载波信号进行调制并最终产生驱动信号，最终完成载波移相调制。

但由于制作工艺的限制各个晶振的频率间存在微小的偏差，约20ppm。此晶振的偏差会导致各个子控制器产生的三角载波的频率存在微小偏差，进而使得各个子控制器间三角载波的相位不能固定，使得载波移相调制的低频开关谐波自清除能力消失，最终使得整体模块化多电平系统不稳定。因而在此系统中需要子控制器三角载波的同步。

目前系统中使用的同步方法为直接同步法。其通过主控制器通过通信网络以一定的时间间隔产生同步信号，各个子控制器接收到同步信号后立即将自身的三角载波跳变为初始相位值，进而系统恢复同步。直接同步法示意图如图1所示。由于直接同步法不可避免的会在同步过程中产生三角载波的跳变，若此次调制信号值正好位于三角载波跳变区域内，则采用数字信号处理器产生驱动信号的子控制器不会产生驱动信号电平的翻转，也即驱动信号产生一次错误的电平。一次驱动信号的错误电平就会导致模块化多电平变流器在运行的过程中产生一次子模块错误接入或切除，进而会导致系统桥臂电流与环流出现尖刺，各个子模块电容电压值出现波动，影响系统稳定运行。直接同步法同步过程如图2所示。图中从上到下分别为主控制器中的目标三角载波信号、主控制器发出的同步信号以及四个子控制器的四路实际三角载波信号。图中，实际三角载波1,3,4的频率略高于主控制器的目标三角载波，而实际三角载波2的频率略低与目标三角载波。可见当t1时刻，主控制器的目标三角载波归零，主控制器通过通信网络随之产生同步信号，在图中通过同步信号的上升沿表示。当各个子控制器接收到主控制发送来的同步信号后，他们立即将各自的三角载波跳变为初始相位值，图中实际三角载波1～4分别跳变为0、90、180、270度三角载波相位值。进而系统恢复同步。显然，在直接同步法同步的过程中实际三角载波1～4均产生了阶跃跳变。