压，得到电容电压最小的IAN化）I个子模块，分别将其电压 和编号从小到大存入数组IWf[闲和Lwf[闲，并将运些子模块的状态置1，投运电容电压最 小的IAN化）I个子模块；若1。"< 0,则依次比较未投入运行子模块的电容电压，得到电容 电压最大的IAN化）I个子模块，分别将其电压和编号从大到小存入数组Uw[闲和Lwf[闲， 并将运些子模块的状态置1，投运电容电压最大的IAN化）I个子模块；
[0061] 若AN(k)< -1，如图5(d)所示，若桥臂电流1。">0,则依次比较已投入运行子 模块的电容电压，得到电容电压最大的IAN化）I个子模块，分别将其电压和编号从大到小 存入数组U。。[闲和L。。[闲，并将运些子模块的状态清零，切除电容电压最大的IAN(k)I个 子模块；若桥臂电流1。《< 0,则依次比较已投入运行子模块的电容电压，得到电容电压最 小的IAN(k)I个子模块，分别将其电压和编号从小到大存入数组U。。[闲和L。。[闲，并将运 些子模块的状态清零，切除电容电压最小的IAN化）I个子模块。
[0062] 表1为在不同运行工况下本发明中电容电压平衡控制方法与减少开关频率的电 容电压平衡控制方法比较次数对比。其中Nw(k-l)为MMC的第k-1个控制周期后未投运 子模块数量，成。化-1)表示已投运子模块数量。由表1可知，采用本发明的电容电压平衡控 制方法，减少了运算量，提高了系统性能，特别是在稳态运行时，其运算量大大降低，仅需得 到未投运子模块或已投运子模块中电容电压的最大值或最小值。
[0063] 表 1
【主权项】
1. 一种模块化多电平换流器的双载波调制方法，模块化多电平换流器包括三相六个桥 臂，每相包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂包括N个串联的半Η桥型子模块与电 抗，所述半Η桥子模块包括一个开关臂和一个与所述开关臂并联的电容，所述开关臂包括 两个串联的开关管，其特征在于，该方法包括以下步骤： 1) 通过双载波调制分别得到模块化多电平换流器a，b，c三相上桥臂和下桥臂需要投 入的半Η桥型子模块数'进一步得到第k个控制周期需要投入的半Η桥型子模 块数变化量；其中下标pj表示j相上桥臂，nj表示j相下桥臂，j e [a, b, c]，上标dcm表 示双载波调制，k e [〇, 1，…，η]; 2) 检测各个半Η桥型子模块电容电压和各桥臂电流，根据投入子模块变化量的绝对 值，判断其运行工况，并通过电容电压平衡控制方法，实现电容电压平衡控制。2. 根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的双载波调制方法，其特征在于，所述 步骤1)的具体实现过程包括以下步骤： 1) 将第j相上桥臂和下桥臂的参考电压< 和<分别除以半Η桥型子模块电容电压 平均值Ue，得到上桥臂和下桥臂的调制波《f*和》并分别对和进行向下取整运 算，得到需要投入运行的半Η桥型子模块数的整数部分和; 2) 将第j相上桥臂的参考电压·减去整数部分#=的Ue倍，将下桥臂的参考电压· 减去整数部分#^的Ue倍，得到上桥臂和下桥臂参考电压的余数部分和; 3) 使用三角载波分别对上桥臂和下桥臂进行调制，〇卩C之间的移相角 为，将上桥臂和下桥臂参考电压的余数部分《:和<°4分别与载波进行比较， 得到上桥臂和下桥臂输出的PWM部分ΜΓ和ΜΓ ·* 4) 分别将上桥臂和下桥臂对应的整数部分和PWM部分相加，得到上桥臂和下桥臂的多 电平脉冲，即得到需要投入的Η桥型子模块数Λ/f和。3. 根据权利要求2所述的模块化多电平换流器的双载波调制，其特征在于，上桥臂和 下桥臂的三角载波《^和《^的计算公式分别为：其中，ω。表示三角载波的角频率，Uc表示子模块电容的平均值，m = 0, 1，…，η。4. 根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的双载波调制方法，其特征在于，所述 步骤2)的具体实现过程包括以下步骤： 1) 检测各个半Η桥型子模块电容电压u"，并依次存入数组ue [N]，将各个半Η桥型子模 块的编号依次存入数组L[N]，将各个半Η桥型子模块的投入和切除状态存入数组S[N];其 中，i e [1，2,…，N]，N表不半Η桥型子模块个数； 2) 当| ΔΝΟΟ |彡1时，若AN(k) = 0,则保持当前的半Η桥型子模块开关状态不变； 若AN(k) = 1并且桥臂电流iam>0,此时依次比较未投运半Η桥型子模块电容电压，得到 未投运半Η桥型子模块中电容电压最小值《^及其对应的编号，则将编号为的半Η 桥型子模块投入运行，并将其状态置1 ;若AN(k) = 1并且桥臂电流iam〈0,则此时通过比 较得到未投运半Η桥型子模块中电容电压最大值《^和及其对应的编号则将编号为 的半Η桥型子模块投入运行，并将其状态置1 ;若AN(k) = -1并且桥臂电流iani>0,此 时通过比较得到已投运半Η桥型子模块电容电压，得到电容电压最大值及其对应的半 Η桥型子模块编号gf :，将编号为?ξ"的半Η桥型子模块切除，并将其状态清零；若AN(k) =-1并且桥臂电流i_〈〇,此时通过比较已投运半Η桥型子模块电容电压，得到电容电压最 小值及其对应的半Η桥型子模块编号将编号为1=的半Η桥型子模块切除，并将其 状态清零；当I AN(k) |>1时，若ΔΝ〇〇>1并且桥臂电流ia">0,则依次比较未投入运行的 半Η桥型子模块的电容电压，得到电容电压最小的| AN(k) |个半Η桥型子模块，分别将其 电压和编号从小到大存入数组urff [Ν]和L# [Ν]，并将这些半Η桥型子模块的状态置1，投运 电容电压最小的I AN(k) |个半Η桥型子模块；若ΔΝ〇〇>1并且iam〈0,则依次比较未投入 运行的半Η桥型子模块的电容电压，得到电容电压最大的| AN(k) |个半Η桥型子模块，分 别将其电压和编号从大到小存入数组Urff [Ν]和Lc]ff [Ν]，并将这些半Η桥型子模块的状态置 1，投运电容电压最大的I AN(k) |个半Η桥型子模块；当| AN(k) |>1时，若AN(k)〈-l并且 桥臂电流1_>〇,则依次比较已投入运行的半Η桥型子模块的电容电压，得到电容电压最大 的I AN(k) |个半Η桥型子模块，分别将其电压和编号从大到小存入数组iUN]和IUN]， 并将这些半Η桥型子模块的状态清零，切除电容电压最大的| AN(k) |个半Η桥型子模块； 若Δ N(k)〈-1并且桥臂电流?Μ〈0,则依次比较已投入运行的半Η桥型子模块的电容电压， 得到电容电压最小的I AN(k) |个半Η桥型子模块，分别将其电压和编号从小到大存入数组 lUN]和Lm[N]，并将这些半Η桥型子模块的状态清零，切除电容电压最小的| AN(k) |个半 Η桥型子模块；其中，N(k)为通过双载波调制策略得到的上桥臂或下桥臂第k个控制周期需 要投入的半Η桥型子模块个数；△ N(k)表示第k个控制周期桥臂投入的半Η桥型子模块的 变换量。
【专利摘要】本发明公开了一种模块化多电平换流器的双载波调制方法，包括双载波调制和电压平衡控制方法两部分，首先根据上桥臂和下桥臂的参考电压，通过双载波调制分别得到上桥臂和下桥臂需要投入的子模块数，进一步得到当前控制周期需要投入的子模块变化量，然后通过电容电压平衡控制方法实现电容电压平衡。根据投入子模块变化量的绝对值判断运行工况，仅算得需要投运或切除的子模块，能在减少开关频率的基础上进一步减少运算量，提高控制系统的性能。本发明的方法具有易于实现、谐波特性好和开关损耗低等优点。
【IPC分类】H02M7/483, H02M7/5387, H02M1/12
【公开号】CN105337522
【申请号】CN201510736821
【发明人】罗安, 周发云, 徐千鸣, 马伏军, 熊桥坡, 谢宁, 曹小辉, 贺加贝
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月3日