【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種提高半橋型模塊化多電平變換器輸出電平數(shù)的調(diào)制方法。

背景技術(shù)：

模塊化多電平變換器具有高度模塊化的電路，便于實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)，縮短項(xiàng)目周期，節(jié)約成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)交流側(cè)多電平輸出，必須采用特定的調(diào)制方法。模塊化多電平變換器的調(diào)制方式對(duì)其性能有著關(guān)鍵性的影響。目前已有的調(diào)制技術(shù)主要分為兩類：多載波pwm調(diào)制技術(shù)及最近電平調(diào)制技術(shù)。當(dāng)模塊數(shù)較低時(shí)通常采用開關(guān)頻率較高的pwm調(diào)制技術(shù)，開關(guān)頻率過高就意味著開關(guān)損耗過大，而最近電平調(diào)制策略不僅可以降低電力電子器件的開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快。但當(dāng)電平數(shù)較低時(shí)若使用最近電平調(diào)制技術(shù)則輸出波形諧波含量高，波形較差。

目前已有的改進(jìn)最近電平調(diào)制的文獻(xiàn)如下：

[1]linl,liny,hez,etal.improvednearest-levelmodulationforamodularmultilevelconverterwithalowersubmodulenumber[j].ieeetransactionsonpowerelectronics,2016,31(8):5369-5377.

[2]hup,jiangd.alevel-increasednearestlevelmodulationmethodformodularmultilevelconverters[j].ieeetransactionsonpowerelectronics,2015,30(4):1836-1842.

文獻(xiàn)[1]和[2]均在不改變模塊數(shù)的情況下使上下橋臂的調(diào)制波形相位不同來提高調(diào)制波的輸出電平數(shù)的辦法，但該方法會(huì)導(dǎo)致子模塊電壓的平均值偏低，且電容電壓波動(dòng)較大，橋臂電感電壓波動(dòng)較大，直流母線電壓波動(dòng)等問題。因此需要更加適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施在不影響電容電壓波動(dòng)的情況下對(duì)提高輸出電平數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種提高半橋型模塊化多電平變換器輸出電平數(shù)的調(diào)制方法，通過對(duì)拓?fù)浜驼{(diào)制策略的改進(jìn)，提高了輸出波形質(zhì)量。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種提高半橋型模塊化多電平變換器輸出電平數(shù)的調(diào)制方法，半橋型模塊化多電平變換器的每相上下橋臂均由n個(gè)半橋型全電壓子模塊和2個(gè)半橋型半電壓子模塊構(gòu)成，其中，n為偶數(shù)，所述的半橋型全電壓子模塊和半橋型半電壓子模塊需要投切的數(shù)量根據(jù)以下方法計(jì)算：

當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，上下橋臂各投入1個(gè)半橋型半電壓子模塊，需要投入的半橋型全電壓子模塊的數(shù)量根據(jù)以下公式計(jì)算而得：

其中，us表示一相的調(diào)制信號(hào)，uc表示全電壓子模塊電容的額定電壓，round()表示取整函數(shù)；

ndown表示下橋臂投入半橋型全電壓子模塊數(shù)量，nup表示上橋臂投入半橋型全電壓子模塊數(shù)量，n表示一個(gè)橋臂中半橋型全電壓子模塊的個(gè)數(shù)；

當(dāng)為偶數(shù)時(shí)，首先判斷δu是否超過預(yù)設(shè)范圍，其中，δu為半橋型半電壓子模塊電容電壓與其額定電壓之差的絕對(duì)值；

如果δu沒有超過預(yù)設(shè)范圍，則不投入半橋型半電壓子模塊，而投入的全電壓子模塊數(shù)量根據(jù)以下公式計(jì)算：

如果δu超過預(yù)設(shè)范圍，而且滿足半橋型半電壓子模塊電壓調(diào)整條件，則投入2個(gè)半橋型半電壓子模塊，投入的半橋型全電壓子模塊數(shù)量根據(jù)以下公式計(jì)算：

進(jìn)一步，當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，選擇投入的半橋型半電壓子模塊時(shí)，首先對(duì)半橋型半電壓子模塊的電容電壓按照大小排序，當(dāng)橋臂電流大于零時(shí)，投入電壓較小的半橋型半電壓子模塊；當(dāng)橋臂電流小于零時(shí)，投入模塊電壓較大的半橋型半電壓子模塊。

進(jìn)一步，半橋型半電壓子模塊電壓調(diào)整條件是：當(dāng)橋臂電流大于零時(shí)，至少有1個(gè)半橋型半電壓子模塊電容電壓低于其額定電壓超過預(yù)設(shè)范圍；當(dāng)橋臂電流小于零時(shí)，至少有1個(gè)半橋型半電壓子模塊電容電壓高于其額定電壓超過預(yù)設(shè)范圍。

進(jìn)一步，計(jì)算每相上下橋臂的投切的半橋型全電壓子模塊和半橋型半電壓子模塊的個(gè)數(shù)時(shí)，首先將調(diào)制信號(hào)離散為階梯波，階梯波的階梯高度為根據(jù)此階梯波計(jì)算每相上下橋臂的投切的半橋型全電壓子模塊和半橋型半電壓子模塊的個(gè)數(shù)，其中，udc為直流母線電壓。

進(jìn)一步，半橋型全電壓子模塊和半橋型半電壓子模塊都為半橋結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，半橋型全電壓子模塊的電容額定電壓為半橋型半電壓子模塊的電容額定電壓為

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：本發(fā)明半橋型模塊化多電平變換器的每相上下橋臂均由n個(gè)半橋型全電壓子模塊和2個(gè)半橋型半電壓子模塊構(gòu)成。調(diào)制時(shí)，根據(jù)的奇偶性及其與橋型半電壓子模塊電容電壓與其額定電壓之差的絕對(duì)值的情況決定投入半橋型全電壓子模塊和半橋型半電壓子模塊的數(shù)量。本發(fā)明方法使得hbmmc交流輸出的階梯波的階梯高度變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑥亩筯bmmc的交流側(cè)輸出電平數(shù)由n+1提高至2n+1。本發(fā)明不會(huì)導(dǎo)致子模塊電容電壓偏移、橋臂電感電壓尖峰、hbmmc直流側(cè)電壓波動(dòng)等問題。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明提出的新拓?fù)鋼Q流器結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是hbfvsm的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖3是hbhvsm的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖4是本發(fā)明提出的新的調(diào)制方法與傳統(tǒng)最近電平調(diào)制策略的調(diào)制效果對(duì)比仿真圖(以4個(gè)全電壓子模塊，2個(gè)半電壓子模塊為例)；

圖5是使用傳統(tǒng)最近電平調(diào)制策略hbmmc輸出一相電壓波形；

圖6是使用本發(fā)明的新型調(diào)制策略hbmmc輸出一相電壓波形；

圖7是使用文獻(xiàn)[1]中的改進(jìn)最近電平調(diào)制策略橋臂電感電壓波動(dòng)圖；

圖8是使用本發(fā)明調(diào)制方法的橋臂電感電壓波動(dòng)圖；

圖9是使用本發(fā)明調(diào)制方法的子模塊電容電壓波動(dòng)圖。

【具體實(shí)施方式】

一種提高半橋型模塊化多電平變換器(halfbridgemodularmultilevelconverter,簡(jiǎn)稱hbmmc)輸出電平數(shù)的混合拓?fù)湔{(diào)制方法，hbmmc的每相上下橋臂都由n個(gè)(n為偶數(shù))半橋型全電平子模塊hbfvsm和2個(gè)半橋型半電平子模塊(halfbridgehalfvoltagesubmodule,簡(jiǎn)稱hbhvsm)構(gòu)成，通過對(duì)hbfvsm和hbhvsm進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐肚校沟胔bmmc交流輸出的階梯波的階梯高度變?yōu)樵瓉淼囊话?，從而使hbmmc的交流側(cè)輸出電平數(shù)由n+1提高至2n+1。本發(fā)明不會(huì)導(dǎo)致子模塊電容電壓偏移、橋臂電感電壓尖峰、hbmmc直流側(cè)電壓波動(dòng)等問題。

本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)上下橋臂均由n個(gè)hbfvsm和2個(gè)hbhvsm構(gòu)成；

(2)調(diào)制策略為：把調(diào)制信號(hào)離散為階梯波，階梯波的階梯高度為根據(jù)此階梯波，計(jì)算每相上下橋臂的投切的hbfvsm和hbhvsm的個(gè)數(shù)。最后由電壓平衡策略產(chǎn)生hbfvsm和hbhvsm的觸發(fā)信號(hào)，從而使hbmmc產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。udc為直流母線電壓。

其中，hbfvsm和hbhvsm都為半橋結(jié)構(gòu)。hbfvsm的電容的額定電壓為hbhvsm的電容的額定電壓為

計(jì)算每相上下橋臂的投切的hbfvsm和hbhvsm的個(gè)數(shù)的詳細(xì)步驟為(為表述簡(jiǎn)明，以一相為例)：

(1)當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，上下橋臂各投入一個(gè)hbhvsm(在選擇具體hbhvsm時(shí)，首先對(duì)hbhvsm的電容電壓按照大小排序，當(dāng)橋臂電流大于零時(shí)，投入電壓較小的hbhvsm；當(dāng)橋臂電流小于零時(shí)，投入電壓較大的hbhvsm)，投入的hbfvsm個(gè)數(shù)為：

其中，ndown表示下橋臂投入hbfvsm數(shù)量，nup表示上橋臂投入hbfvsm數(shù)量，us表示一相的調(diào)制信號(hào)，uc表示hbfvsm的電容的額定電壓，n表示一個(gè)橋臂中hbfvsm的個(gè)數(shù)，round()表示取整函數(shù)。

(2)當(dāng)為偶數(shù)時(shí)，首先判斷hbhvsm的δu是否超過預(yù)設(shè)范圍，如果超過，而且滿足hbhvsm電壓調(diào)整條件，則將兩個(gè)hbhvsm全部投入，以調(diào)節(jié)其電容電壓，上下橋臂投入的hbfvsm的數(shù)量為：

hbhvsm電壓調(diào)整條件是：當(dāng)橋臂電流大于零時(shí)，至少有1個(gè)hbhvsm電容電壓低于其額定電壓超過預(yù)設(shè)范圍。當(dāng)臂電流小于零時(shí)，至少有1個(gè)hbhvsm電容電壓高于其額定電壓超過預(yù)設(shè)范圍。

如果hbhvsm的δu沒有超過預(yù)設(shè)范圍，則不投入hbhvsm，而上下橋臂需要投入的hbfvsm個(gè)數(shù)為：

以上調(diào)制策略，適用于包括但不限于單相和三相系統(tǒng)。

hbhvsm可以通過增加新模塊的方式來實(shí)現(xiàn)，在拓?fù)洳灰赘牡那闆r下，也可以通過軟件設(shè)定，把原有的hbfvsm設(shè)置為hbhvsm，從而實(shí)現(xiàn)該方法。

本發(fā)明不會(huì)導(dǎo)致子模塊電容電壓偏移、橋臂電感電壓尖峰、hbmmc直流側(cè)電壓波動(dòng)等問題。

為表述簡(jiǎn)明,以下以一相，n＝18為例。應(yīng)該指出，本發(fā)明在三相或n取其他值時(shí)，都適用。

圖1為本發(fā)明的hbmmc換流器拓?fù)?。每個(gè)橋臂由n個(gè)hbfvsm和2個(gè)hbhvsm構(gòu)成。

圖2和圖3分別為hbfvsm和hbhvsm的結(jié)構(gòu)圖，hbhvsm的電容額定電壓為hbfvsm電容額定電壓的一半。

圖4是本發(fā)明提出的新的調(diào)制策略與傳統(tǒng)最近電平調(diào)制策略的調(diào)制原理對(duì)比圖(以4個(gè)hbfvsm，2個(gè)hbhvsm為例)。

從圖5和圖6的對(duì)比可以看出，本發(fā)明使hbmmc的輸出電平數(shù)增多，改善調(diào)制效果，減少輸出諧波。

圖7和圖8分別為使用文獻(xiàn)[1]的方法和本發(fā)明的新型調(diào)制策略的橋臂電感電壓波形圖?？梢钥吹?，本發(fā)明使橋臂電感上的電壓波動(dòng)和電壓尖峰明顯減小。

從圖9可以看出本發(fā)明可以使hbfvsm和hbhvsm的電容電壓都穩(wěn)定在其額定值附近。證明了本發(fā)明的可行性。