模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器技術

本發明專利技術公開了一種模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器。其中，調制方法包括：根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數njp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數njn；在上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；投入各相上橋臂的njp個子模塊以及下橋臂的njn-1個子模塊；同時，令上橋臂做PWM調制的子模塊與下橋臂做PWM調制的子模塊處于輸出互補的工作狀態。基于本發明專利技術，在電平數較少的中壓電能變換場合下也實現高效、精準的電壓輸出，因此，有效提高了模塊化多電平變換器的工作性能。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器。其中，調制方法包括：根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數njp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數njn；在上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；投入各相上橋臂的njp個子模塊以及下橋臂的njn-1個子模塊；同時，令上橋臂做PWM調制的子模塊與下橋臂做PWM調制的子模塊處于輸出互補的工作狀態。基于本專利技術，在電平數較少的中壓電能變換場合下也實現高效、精準的電壓輸出，因此，有效提高了模塊化多電平變換器的工作性能。【專利說明】模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器
本專利技術涉及多電平變換器
，尤其涉及一種模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器。
技術介紹
多電平變換器廣泛應用于中高壓大功率電力變換場合，如柔性交直流輸電技術，大功率變頻驅動器以及新能源集中式并網技術等。在各種多電平變換器中，模塊化多電平變換器不僅保留了 H橋級聯式多電平變換器開關器件應力小、結構高度模塊化和輸出電壓波形畸變小的優點，同時具有公共直流母線，尤其適用于背靠背結構的中高壓大功率變換場合。為了保證模塊化多電平變換器的性能優勢和裝置穩定性，調制算法和子模塊均電壓均衡方法取到了決定性的作用。通常，模塊化多電平變換器的調制算法可以分為基波調制和PWM調制兩種。基波調制是通過特定的算法，計算當前狀態下各個橋臂中子模塊電容的投入數，從而控制各個開關管的導通與關斷。PWM調制是通過載波移相(移位)的方法對每個子模塊開關管進行PWM調制，從而實現多電平電壓輸出。相較而言，基波調制的開關頻率很低，損耗小，方便在調制方法中嵌入子模塊電容電壓均衡方法，但是在電平數不多的情況下輸出電壓正弦度較低；PWM調制等效開關頻率高，可在較少電平數的情況下輸出高正弦度的電壓，但這種調制方法通常需要相當多路PWM電路，在電平數較多時實現復雜，為了實現子模塊電壓均衡該方法通常需要在控制算法中額外加入子模塊電容電壓均衡算法，并且損耗較高，當電平數較多時其硬件同步信號微小的延遲誤差也會對輸出性能造成較大的影響。并且，由于兩種調制算法均是在子模塊電容電壓額定值的基礎上得到相應的子模塊開關狀態，但是子模塊電容電壓客觀存在波動，實際子模塊電容電壓瞬時值并不能與理論值相吻合，該誤差會由于相單元橋臂中子模塊的誤差累積而放大，使實際輸出電壓無法與理論值相契合，嚴重影響輸出電壓的準確度。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術旨在提出一種在較少電平數情況下更精確，更高效且硬件實現簡單的模塊化多電平變換器調制方法及調制控制器。第一方面，本專利技術提供了一種模塊化多電平變換器調制方法，包括如下步驟:應投入模塊數計算步驟、選擇步驟和調制步驟。其中，應投入模塊數計算步驟為，根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數njp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數η#;選擇步驟為，在所述上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；調制步驟為，投入各相上橋臂的個子模塊以及下橋臂的I^n-1個子模塊；同時，令上橋臂做PWM調制的子模塊與下橋臂做PWM調制的子模塊處于輸出互補的工作狀態。進一步地，上述模塊化多電平變換器調制方法中，所述應投入模塊數計算步驟包括:上橋臂輸出電壓指令值計算步驟、上橋臂子模塊電容應投入數計算步驟和下橋臂子模塊電容應投入數計算步驟。其中，上橋臂輸出電壓指令值計算步驟為，根據模塊化多電平變換器的所述輸出電壓指令值ujm，計算當前時刻上橋臂的輸出電壓指令值Ujpm:【權利要求】1.一種模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于，包括如下步驟: 應投入模塊數計算步驟(SllO):根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數ηΛ，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數njn ； 選擇步驟(S120):在所述上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制； 調制步驟(S130):投入各相上橋臂的個子模塊以及下橋臂的I^n-1個子模塊；同時，令上橋臂做PWM調制的子模塊與下橋臂做PWM調制的子模塊處于輸出互補的工作狀態。2.根據權利要求1所述的模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于，所述應投入模塊數計算步驟(SllO)包括: 上橋臂輸出電壓指令值計算步驟(SllOl):根據模塊化多電平變換器的所述輸出電壓指令值~計算當前時刻上橋臂的輸出電壓指令值Ujpm: 3.根據權利要求2所述的模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于，所述選擇步驟(S120)包括， 采樣步驟(S1201):獲取當前時刻各相各子模塊的電容電壓，以及當前時刻各相上橋臂、下橋臂電流方向； 排序步驟(S1202):在所述電流方向為充電的情況下，對該橋臂子模塊電容電壓升序排列，在電流方向為放電的情況下，對該橋臂子模塊電容電壓降序排列； 定位步驟(S1203):定位各相上橋臂子模塊排列中的第ηΛ+1個子模塊為所述上橋臂進行PWM調制的子模塊，以及，下橋臂子模塊排列中的第η#個子模塊為下橋臂進行PWM調制的子模塊。4.根據權利要求3所述的模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于，所述調制步驟(S130)包括: 調制電壓及載波計算步驟(S1301):利用上橋臂各子模塊實際電壓瞬時值計算當前時刻上橋臂PWM子模塊的調制電壓及載波； 確定各子模塊開關狀態步驟(S1302):投入各相上橋臂的個子模塊以及下橋臂的nJn-l個子模塊；同時，基于當前時刻上橋臂PffM子模塊的調制電壓及載波，使上橋臂進行PWM調制的子模塊處于PWM工作狀態，使下橋臂進行PWM調制的子模塊處于互補的PWM工作狀態。5.根據權利要求4所述的模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于，所述調制電壓及載波計算步驟(S1301)中: 上橋臂PWM子模塊的PWM調制電壓根據如下方式確定: 6.根據權利要求5所述的模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于， 在所述調制電壓及載波計算步驟(S1301)和所述確定各子模塊開關狀態步驟(S1302)之間，還設置有: 第一調制電壓修正步驟:在計算獲取的所述上橋臂PWM子模塊的調制電壓為負時，更新n#為n?，令nOT=r^p-l，然后重復執行所述選擇步驟中的所述采樣步驟、排序步驟和定位步驟，以及，所述調制電壓及載波計算步驟； 第二調制電壓修正步驟:在計算獲取的所述上橋臂PWM子模塊的調制電壓為正且大于該上橋臂PWM子模塊的電容電壓瞬時值時，通過設置最大調制比的方法將調制電壓限幅，然后返回重新執行所述調制電壓及載波計算步驟。7.一種模塊化多電平變換器的調制控制器，其特征在于，包括: 應投入模塊數計算模塊(80):用于根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數ηΛ，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數^jn ; 選擇模塊(82):用于在所述上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在所述下橋臂的多個子模塊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化多電平變換器調制方法，其特征在于，包括如下步驟：應投入模塊數計算步驟（S110）：根據模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數njp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數njn；選擇步驟（S120）：在所述上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調制；調制步驟（S130）：投入各相上橋臂的njp個子模塊以及下橋臂的njn?1個子模塊；同時，令上橋臂做PWM調制的子模塊與下橋臂做PWM調制的子模塊處于輸出互補的工作狀態。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐云飛，龍云波，徐永海，肖湘寧，袁敞，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11