[发明专利]一种模块化多电平换流器的特定消谐方法

摘要

本发明提出了一种新型模块化多电平换流器的特定消谐方法。本发明将特定消谐方法应用于三相模块化多电平换流器，通过合理选择子模块的开关角，改善其输出电压谐波特性，提高波形质量，达到更小的输出电压谐波畸变率。同时针对工程应用，提出了窄脉冲优化策略，以提高其工程适用性。

主权项

1、一种三相模块化多电平换流器的特定消谐方法，其特征在于该方法通过在桥臂输出阶梯波电压中设置特定消谐角度，以消除特定次数的谐波，由于输出电压具有1/4周期对称性，只需考虑1/4周期内的开关角求解，当每相半桥臂有2N个子模块时，在1/4周期内只有N个子模块动作，也就是说1/4周期内只有N个开关角，消除除三倍频谐波以外的N-1个特定次谐波，其中N为自然数；在三相模块化多电平换流器中，某相特定的消谐角度确定以后，其它两相的特定消谐角度通过互错120°得到，这样输出线电压中不含三倍频谐波，从而可以消除更多高次谐波，具体步骤如下：(1)由理论分析得出三相模块化多电平换流器MMC输出电压的傅立叶级数展开表达式，表达式中包含N个子模块的开关角：$v\left(\mathrm{\ωt}\right)=\underset{n=\mathrm{1,3,5},\·\·\·}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{4V_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{\π}}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\cos \left({\mathrm{n\θ}}_k\right)\right]\·\frac{\sin \left(\mathrm{n\ωt}\right)}{n}$其中，Vdc为子模块电容电压；N为1/4周期内特定消谐角度的个数；θk为第k个特定消谐角度，且k＝1、2、…、N；ω为基频角速度；(2)令傅立叶级数展开表达式中基波分量等于基波期望值，N-1个特定次谐波分量等于0，从而得到N个非线性超越方程：$\frac{{4V}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{\π}}[\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\·\·\·+\cos \left({\mathrm{\θ}}_N\right)]=V_{\mathrm{ref}}$cos(5θ1)+cos(5θ2)+…+cos(5θN)＝0cos(7θ1)+cos(7θ2)+…+cos(7θN)＝0...cos(hθ1)+cos(hθ2)+…+cos(hθN)＝0其中，Vdc为子模块电容电压；Vref为模块化多电平换流器MMC输出电压的基波期望值；θk为第k个特定消谐角度，且k＝1、2、…、N；h为指定消除的谐波次数；值得注意的是需要消除的N-1个特定次谐波可以是5、7、11、13、17、…、3N-2、…次谐波，即h的取值可以是上述谐波次数中的N-1个；(3)确定模块化多电平换流器MMC输出电压的基波期望值，计算此时半桥臂对应的N个开关角；(4)以步骤(3)中的开关角作为初值，求解步骤(2)中的非线性超越方程，得到窄脉冲优化模型的初值；(5)对步骤(4)得到的特定消谐角度进行窄脉冲优化，最终得到可用于工程的N个开关角度。