[发明专利]一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法

说明书

本发明公开了一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法。深入分析各个子模块开关序列与子模块电容电压、子模块电容电流、电容电压排序算法之间的耦合关系，结合稳态下每个子模块的开关状态呈现周期性循环的特点，利用MMC系统参数和负载参数合成桥臂电流，并推导出每个工频周期内各个时刻下的子模块电容电压、电流和理想开关序列。然后，通过检测理想开关序列的上升沿和下降沿，并结合开关管通断的上升和下降时间，将理想开关序列转化为考虑开关管通断过程的梯形波开关序列。本发明实现了采用电容电压排序算法的MMC传导电磁干扰源的快速合成，与仿真步长小、时间尺度大的时域预测法相比，可以在确保准确度的前提下极大缩短MMC的EMI预测时间。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法。

背景技术

自从德国学者R.Marquart于2003年提出模块化多电平变换器(ModularMultilevel Converter，MMC)的概念以来，MMC受到了国内外学者的广泛研究。MMC是一种串联型多电平变换器，其由众多相同的子模块单元串联组成。通过控制子模块的投入和切除，可以在MMC的桥臂中点处得到接近于正弦波的交流输出波形，因此MMC具有输出波形质量高、动态响应性能好的特点。同时，相较于其他多电平变换器，MMC具有扩展性强、易于批量生产等优势，近年来逐渐成为柔性直流输电技术中的主流拓扑，并且在一些示范工程中得到了应用。

MMC的优越性能得益于其使用的大量电力电子器件。通过灵活控制电力电子器件的通断，可以调节变换器的功率、电压、电流等。但大量电力电子器件的引入，也给系统带来了严重的电磁干扰问题。电力电子器件的高速通断带来了很大的电压跳变dv/dt和电流跳变di/dt，这些跳变中含有丰富的高频成分，是电力电子系统中潜在的电磁干扰源。同时，MMC系统非常庞大，系统内各个元件都具有寄生参数，大量的寄生参数为电磁干扰提供了可能的传导路径。为了提高变换器的功率密度，往往将子模块组设计得十分紧凑，这更加加剧了MMC系统的电磁干扰问题。在实际工程中，大量子模块的高速投切会导致弱电侧控制板和驱动板受到干扰，严重时导致系统无法正常运行，MMC的电磁兼容问题亟待解决。

对包括MMC在内的电力电子变换器的电磁兼容问题进行研究，首先需要建立其完整的电磁干扰模型。按照干扰频段区分，可以将电磁干扰分为传导电磁干扰(10kHz至30MHz)和辐射电磁干扰(30MHz以上)。在研究传导电磁干扰时，需要分别对电磁干扰源和传导路径进行精确建模。一般说来，对传导路径的精确建模相对而言更简单一些，而对电磁干扰源的合成则较为复杂。

MMC系统电磁干扰源的合成问题面临的技术难题主要有：

(1)目前，针对MMC系统的电磁干扰源的合成方法的研究几乎没有，可参考文献极少，只能仿照以往诸如Buck变换器、Boost变换器、三相两电平变换器等较为简单的变换器的电磁干扰源合成方法；

(2)相比于调制方式较为简单的单端正反激变换器、三相两电平变换器等，MMC系统主要采用最近电平逼近调制与电容电压排序算法相结合的方法，电力电子器件的开关序列难以直接通过数学解析的方式得出；

(3)时域仿真法存在仿真步长小、参数多、耗时长的缺点，并且不具有通用性，当系统参数变更时需要重新进行仿真，灵活性不高。当子模块数较多时，MMC系统非常庞大，需要搭建的仿真模型极其复杂，不利于电磁兼容仿真分析。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法，旨在解决MMC传导电磁干扰频域建模中，电磁干扰源的合成难以在电容电压排序算法下直接通过数学解析方法实现的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于稳态电容电压排序的MMC电磁干扰源合成方法，所述MMC由A、B、C三相的上下桥臂共六个桥臂组成，每个桥臂中含有N个子模块和一个桥臂电感，N为整数，每个子模块中包括上开关管和下开关管，包括以下步骤：