模塊化多電平變換器調(diào)制方法及調(diào)制控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模塊化多電平變換器調(diào)制方法及調(diào)制控制器。其中，調(diào)制方法包括：根據(jù)模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當(dāng)前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數(shù)njp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數(shù)njn；在上橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調(diào)制；在下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調(diào)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(diào)制的子模塊與下橋臂做PWM調(diào)制的子模塊處于輸出互補(bǔ)的工作狀態(tài)?；诒景l(fā)明，在電平數(shù)較少的中壓電能變換場合下也實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)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(diào)制方法及調(diào)制控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多電平變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種模塊化多電平變換器調(diào)制方法及調(diào)制控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]多電平變換器廣泛應(yīng)用于中高壓大功率電力變換場合，如柔性交直流輸電技術(shù)，大功率變頻驅(qū)動器以及新能源集中式并網(wǎng)技術(shù)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(lián)式多電平變換器開關(guān)器件應(yīng)力小、結(jié)構(gòu)高度模塊化和輸出電壓波形畸變小的優(yōu)點(diǎn)，同時具有公共直流母線，尤其適用于背靠背結(jié)構(gòu)的中高壓大功率變換場合。
[0003]為了保證模塊化多電平變換器的性能優(yōu)勢和裝置穩(wěn)定性，調(diào)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(diào)制算法可以分為基波調(diào)制和PWM調(diào)制兩種?；ㄕ{(diào)制是通過特定的算法，計算當(dāng)前狀態(tài)下各個橋臂中子模塊電容的投入數(shù)，從而控制各個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。PWM調(diào)制是通過載波移相(移位)的方法對每個子模塊開關(guān)管進(jìn)行PWM調(diào)制，從而實現(xiàn)多電平電壓輸出。
[0004]相較而言，基波調(diào)制的開關(guān)頻率很低，損耗小，方便在調(diào)制方法中嵌入子模塊電容電壓均衡方法，但是在電平數(shù)不多的情況下輸出電壓正弦度較低；PWM調(diào)制等效開關(guān)頻率高，可在較少電平數(shù)的情況下輸出高正弦度的電壓，但這種調(diào)制方法通常需要相當(dāng)多路PWM電路，在電平數(shù)較多時實現(xiàn)復(fù)雜，為了實現(xiàn)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(dāng)電平數(shù)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。
[0005]并且，由于兩種調(diào)制算法均是在子模塊電容電壓額定值的基礎(chǔ)上得到相應(yīng)的子模塊開關(guān)狀態(tài)，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(yán)重影響輸出電壓的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種在較少電平數(shù)情況下更精確，更高效且硬件實現(xiàn)簡單的模塊化多電平變換器調(diào)制方法及調(diào)制控制器。
[0007]第一方面，本發(fā)明提供了一種模塊化多電平變換器調(diào)制方法，包括如下步驟:應(yīng)投入模塊數(shù)計算步驟、選擇步驟和調(diào)制步驟。其中，應(yīng)投入模塊數(shù)計算步驟為，根據(jù)模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當(dāng)前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數(shù)njp，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數(shù)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(diào)制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調(diào)制；調(diào)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(diào)制的子模塊與下橋臂做PWM調(diào)制的子模塊處于輸出互補(bǔ)的工作狀態(tài)。[0008]進(jìn)一步地，上述模塊化多電平變換器調(diào)制方法中，所述應(yīng)投入模塊數(shù)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(yīng)投入數(shù)計算步驟和下橋臂子模塊電容應(yīng)投入數(shù)計算步驟。其中，上橋臂輸出電壓指令值計算步驟為，根據(jù)模塊化多電平變換器的所述輸出電壓指令值ujm，計算當(dāng)前時刻上橋臂的輸出電壓指令值Ujpm:
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化多電平變換器調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟: 應(yīng)投入模塊數(shù)計算步驟(SllO):根據(jù)模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當(dāng)前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數(shù)ηΛ，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數(shù)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(diào)制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調(diào)制； 調(diào)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(diào)制的子模塊與下橋臂做PWM調(diào)制的子模塊處于輸出互補(bǔ)的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平變換器調(diào)制方法，其特征在于，所述應(yīng)投入模塊數(shù)計算步驟(SllO)包括: 上橋臂輸出電壓指令值計算步驟(SllOl):根據(jù)模塊化多電平變換器的所述輸出電壓指令值~計算當(dāng)前時刻上橋臂的輸出電壓指令值Ujpm:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化多電平變換器調(diào)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(dāng)前時刻各相各子模塊的電容電壓，以及當(dāng)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(jìn)行PWM調(diào)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(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化多電平變換器調(diào)制方法，其特征在于，所述調(diào)制步驟(S130)包括: 調(diào)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(dāng)前時刻上橋臂PWM子模塊的調(diào)制電壓及載波； 確定各子模塊開關(guān)狀態(tài)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(dāng)前時刻上橋臂PffM子模塊的調(diào)制電壓及載波，使上橋臂進(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊處于PWM工作狀態(tài)，使下橋臂進(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊處于互補(bǔ)的PWM工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模塊化多電平變換器調(diào)制方法，其特征在于，所述調(diào)制電壓及載波計算步驟(S1301)中: 上橋臂PWM子模塊的PWM調(diào)制電壓根據(jù)如下方式確定:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊化多電平變換器調(diào)制方法，其特征在于， 在所述調(diào)制電壓及載波計算步驟(S1301)和所述確定各子模塊開關(guān)狀態(tài)步驟(S1302)之間，還設(shè)置有: 第一調(diào)制電壓修正步驟:在計算獲取的所述上橋臂PWM子模塊的調(diào)制電壓為負(fù)時，更新n#為n?，令nOT=r^p-l，然后重復(fù)執(zhí)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(diào)制電壓及載波計算步驟； 第二調(diào)制電壓修正步驟:在計算獲取的所述上橋臂PWM子模塊的調(diào)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(shè)置最大調(diào)制比的方法將調(diào)制電壓限幅，然后返回重新執(zhí)行所述調(diào)制電壓及載波計算步驟。
7.一種模塊化多電平變換器的調(diào)制控制器，其特征在于，包括: 應(yīng)投入模塊數(shù)計算模塊(80):用于根據(jù)模塊化多電平變換器的輸出電壓指令值計算各相當(dāng)前時刻上橋臂所需投入的第一子模塊數(shù)ηΛ，以及，下橋臂所需投入的第二子模塊數(shù)^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(diào)制；在所述下橋臂的多個子模塊中，選擇一個子模塊做PWM調(diào)制； 調(diào)制模塊(84):用于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(diào)制的子模塊與下橋臂做PWM調(diào)制的子模塊處于輸出互補(bǔ)的工作狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塊化多電平變換器的調(diào)制控制器，其特征在于，所述應(yīng)投入模塊數(shù)計算模塊包括: 上橋臂輸出電壓指令值計算單元(801):用于根據(jù)模塊化多電平變換器的所述輸出電壓指令值計算當(dāng)前時刻上橋臂的輸出電壓指令值Ujpm:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模塊化多電平變換器的調(diào)制控制器，其特征在于，所述選擇模塊包括， 采樣單元(821):用于獲取當(dāng)前時刻各相各子模塊的電容電壓，以及當(dāng)前時刻各相上橋臂、下橋臂電流方向； 排序單元(822 ):用于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； 定位單元(823):用于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(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊，以及，下橋臂子模塊排列中的第&個子模塊為下橋臂進(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊化多電平變換器的調(diào)制控制器，其特征在于，所述調(diào)制模塊(84)包括: 調(diào)制電壓及載波計算單元(841):用于利用上橋臂各子模塊實際電壓瞬時值計算當(dāng)前時刻上橋臂PWM子模塊的調(diào)制電壓及載波；； 確定各子模塊開關(guān)狀態(tài)單元(842):用于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(dāng)前時刻上橋臂PffM子模塊的調(diào)制電壓及載波，使上橋臂進(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊處于PWM工作狀態(tài)，使下橋臂進(jìn)行PWM調(diào)制的子模塊處于互補(bǔ)的PWM工作狀態(tài)。
【文檔編號】H02M7/483GK103812369SQ201410093989
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】徐云飛, 龍云波, 徐永海, 肖湘寧, 袁敞 申請人:華北電力大學(xué)