[发明专利]基于双调制波的MMC载波调制方法

说明书

本发明提供了一种基于双调制波的MMC载波调制方法，用于对三相MMC变流器进行调制，包括以下步骤：步骤1，根据三相MMC变流器的拓扑结构，建立相单元内上、下桥臂中投入的子模块电容电压之和与直流母线电压、交流侧输出电压之间的关系式，再根据交流侧理想输出电压，得到任意时刻内每个相单元中的上、下桥臂投入子模块电容电压之和的参考值作为上、下桥臂的原始调制波；步骤2，根据子模块电容电压均衡原则将每个桥臂的原始调制波分成两份，再将下桥臂的原始调制波分为第一调制波和第二调制波，第一调制波采用独立PWM调制，第二调制波采用LSPWM调制，最后将第一调制波和第二调制波所对应的载波进行反相，同时对上桥臂的原始调制波进行相同处理，完成调制。

技术领域

本发明涉及一种MMC载波调制技术，具体涉及一种基于双调制波的MMC载波调制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是由德国慕尼黑联邦国防军大学的A.Lesnicar和R.Marquardt教授于2001年提出的一种新型电压源型变换器。与传统的两电平和三电平换流器相比，其配置灵活，模块化程度高，具有冗余特性良好、输出谐波含量少、开关损耗小等优点，可以实现高电压等级、大功率水平的能量转换，适用于无功补偿、高压直流输电等对功率和电压要求较高的场合，在孤岛供电，风电场并网、电力市场、电网互联和中高压变频调速等方面具有广泛的应用价值。

脉宽调制技术是MMC变流器实现一系列变换控制的基础，是实现控制策略优化的纽带，直接影响变流器的系统性能和输出波形质量。目前所使用的控制策略主要分为以下三种：(1)载波调制，包括载波移相脉宽调制(CPSPWM)、载波层叠脉宽调制(LSPWM)；(2)阶梯波调制，包括最近电平逼近调制(NLM)、特定谐波消去调制(SHE-PWM)；(3)空间矢量调制(SVPWM)。其中，SHEPWM调制策略不适宜实时控制；当电平数较小时，NLM调制难以取得较好的谐波性能；SVPWM具有直流母线利用率高等优点，但随着子模块数的增加，其运算复杂度呈指数形式递增，很难实际应用。相比之下，载波调制更适用于子模块数中等规模的场合。CPSPWM虽然可以得到较高的等效开关频率，但同时会引入N(子模块数)倍的开关损耗，并且每个子模块需要单独设计PI调节器实现电压均衡控制，极大的增加了系统的控制复杂度，且该参数的选取不当极易造成系统振荡。通过子模块电容电压排序实现稳定均压控制的LSPWM调制是目前应用最为广泛的调制策略，但该方法下每个开关周期均只有一个子模块进行PWM投切控制，导致其在大功率场合中功率器件的开关频率较低，无法进一步提升载波频率，且其输出电压THD较高。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于双调制波的MMC载波调制方法。

本发明提供了一种基于双调制波的MMC载波调制方法，用于对三相MMC变流器进行调制，具有这样的特征，包括以下步骤：

步骤1，根据三相MMC变流器的拓扑结构，建立三相MMC变流器中相单元内上桥臂中投入的子模块电容电压之和u_pj、相单元内下桥臂中投入的子模块电容电压之和u_nj与直流母线电压U_dc和交流侧输出电压u_j之间的关系式：

且得到交流侧理想输出电压为：

通过公式(1)和公式(2)得到任意时刻内每个相单元中的上桥臂、下桥臂投入子模块电容电压之和的参考值分别为：

分别作为上桥臂、下桥臂的原始调制波；

步骤2，根据子模块电容电压均衡原则将每个桥臂的原始调制波分成两份，将下桥臂的原始调制波分为第一调制波和第二调制波且和满足如下关系：