子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气领域，特别涉及一种子模块混合型模块化多电平变流器的调制方 法及系统。
【背景技术】
[0002] 自模块化多电平换流器（MMC)的拓扑结构被提出以后，采用MMC的高压直流输电 (HVDC)系统受到越来越多的关注，应用也更加广泛。MMC-HVDC系统采用模块化的结构，现 有的MMC的每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，每相桥臂并联在直流电网正负极两端，每相的 上桥臂与下桥臂均包括N个串联的子模块以及与所述子模块串联的桥臂电感，每相的所述 上桥臂的桥臂电感与所述下桥臂的桥臂电感串联连接。
[0003] MMC广泛运用于直流输电系统，直流侧故障难以避免。现阶段几个投运的 MMC-HVDC工程，都采用半桥子模块（Half-bridgesub-module，HBSM)作为MMC基本子模块， 目前实际工程中所使用的半桥型MMC不具备短路故障隔离能力，但它所采用的半导体器件 少，最为经济。米用全桥子模块（Full-bridgesub_module，FBSM)构成全桥型MMC，全桥子 模块相比半桥子模块，全桥子模块可以通过IGBT(绝缘栅双极型晶体管）的关断限制短路 电流，但是IGBT和二极管的数量的都翻了一倍，成本高昂。结合半桥子模块与全桥子模块 的优势，提出子模块混合型MMC，这种结构的MMC中，包含了全桥子模块和半桥子模块，且全 桥子模块数量达到一定比例。
[0004] MMC正常工作的必要条件之一是合理的调制方式，针对纯半桥型MMC或纯全桥 型MMC，常用的调制方式有载波层叠（Phaseposition,H))，载波移相（Phaseshifted carrier,PSC)和最近电平逼近（Nearestlevelmodulation,NLM)，通过调制使MMC的输出 逼近正弦波。载波层叠分层次将多个PWM(脉冲宽度调制）波叠加，但采用载波层叠调制方 式。采用载波移相调制方式，是将多个载波不同相的PWM波叠加起来，用来逼近正弦波。采 用最近电平调制方式，通过程序控制子模块的输出，从而生成阶梯波逼近正弦波。然而，针 对子模块混合型MMC，原有的针对纯全桥型MMC器和纯半桥型MMC的调制方式并不适用，因 为在子模块混合型MMC拓扑结构中，一个桥臂既有全桥子模块又有半桥子模块，这两种子 模块工作状态和模式都不相同，而原有调制方式是基于每个子模块都有相同工作模式的情 况下进行工作的，这样采用原有的调制方式时，会导致子模块混合型MMC的输出电压波形 质量不高。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对采用现有调制方法导致子模块混合型模块化多电平变流器输 出的电压波形质量较差的问题，提供能提高输出电压波形质量的子模块混合型模块化多电 平变流器的调制方法及系统。
[0006] -种子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法，所述子模块混合型模块化多 电平变流器的每相桥臂的上桥臂与下桥臂均包括N个串联的子模块，N个子模块包括Μ个 半桥子模块以及N-M个全桥子模块，其中，所述N为正整数，所述Μ为正整数，所述N大于所 述Μ;
[0007]所述子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法包括如下步骤：
[0008]根据每相待输出指令电压波形，确定每相桥臂中每个子模块的调制波，其中，所述 子模块的调制波包括半桥子模块的调制波和全桥子模块的调制波；
[0009]确定每相桥臂中每个子模块的载波频率及载波相位；
[0010] 根据每相桥臂中每个子模块的所述载波频率以及所述载波相位，确定每相桥臂中 每个子模块的载波；
[0011] 将每相桥臂中所述每个子模块的载波与所述每个子模块的调制波进行比较，生成 输入至每相桥臂中所述每个子模块的控制信号；
[0012] 根据各所述控制信号，分别控制每相桥臂中各子模块投入或切断，获取每相桥臂 中所述每个子模块的输出电压波形；
[0013]将每相桥臂中投入的子模块的输出电压波形叠加，得到所述子模块混合型模块化 多电平变流器的每相桥臂输出电压波形。
[0014]本发明还提供一种子模块混合型模块化多电平变流器的调制系统，所述子模块混 合型模块化多电平变流器的每相桥臂的上桥臂与下桥臂均包括Ν个串联的子模块，Ν个子 模块包括Μ个半桥子模块以及N-Μ个全桥子模块，其中，所述Ν为正整数，所述Μ为正整数， 所述Ν大于所述Μ;
[0015]所述子模块混合型模块化多电平变流器的调制系统包括：
[0016]第一确定模块，用于根据每相待输出指令电压波形，确定每相桥臂中每个子模块 的调制波，其中，所述子模块的调制波包括半桥子模块的调制波和全桥子模块的调制波；
[0017]第二确定模块，用于确定每相桥臂中每个子模块的载波频率及载波相位；
[0018]第三确定模块，用于根据每相桥臂中每个子模块的所述载波频率以及所述载波相 位，确定每相桥臂中每个子模块的载波；
[0019]比较模块，用于将每相桥臂中所述每个子模块的载波与所述每个子模块的
[0020] 调制波进行比较，生成输入至每相桥臂中所述每个子模块的控制信号；
[0021] 获取模块，用于根据各所述控制信号，分别控制每相桥臂中各子模块投入或切断， 获取每相桥臂中所述每个子模块的输出电压波形；
[0022] 处理模块，用于将每相桥臂中投入的子模块的输出电压波形叠加，得到所述子模 块混合型模块化多电平变流器的每相桥臂输出电压波形。
[0023]上述子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法及系统，根据每相待输出指令 电压波形，确定每相桥臂中每个子模块的调制波，其中，所述子模块的调制波包括半桥子模 块的调制波和全桥子模块的调制波，将每相桥臂中所述每个子模块的载波与所述每个子模 块的调制波进行比较，生成输入至每相桥臂中所述每个子模块的控制信号，根据各所述控 制信号，分别控制每相桥臂中各子模块投入或切断，获取每相桥臂中所述每个子模块的输 出电压波形，将每相桥臂中投入的子模块的输出电压波形叠加，得到所述子模块混合型模 块化多电平变流器的每相桥臂输出电压波形。由于确定的子模块的调制波包括半桥子模 块的调制波和全桥子模块的调制波，半桥子模块的调制波用于与半桥子模块的载波进行调 制，全桥子模块的调制波用于与全桥子模块的载波进行调制，从而实现对混合型子模块载 波和调制波的精确调制，有利于提高子模块混合型模块化变流器输出电压波形的质量。
【附图说明】
[0024] 图1为子模块混合型模块化多电平变流器的结构示意图；
[0025] 图2为半桥子模块的结构示意图；
[0026] 图3为全桥子模块的结构示意图；
[0027] 图4为一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法的流程图；
[0028] 图5为纯半桥模块化多电平变流器以及纯全桥模块化多电平变流器结构示意图；
[0029] 图6为另一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法的子流 程图；
[0030] 图7为另一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法的子流 程图；
[0031] 图8为另一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制方法的子流 程图；
[0032] 图9为子模块混合型模块化多电平变流器载波移相调制示意图；
[0033] 图10为上、下桥臂的半桥子模块的调制波和载波图；
[0034] 图11为上、下桥臂的全桥子模块的调制波和载波图；
[0035] 图12为调制波和三角载波比较所得的PWM波形图；
[0036] 图13为子模块输出电压波形图；
[0037] 图14为子模块输出电压波形叠加后的桥臂电压；
[0038] 图15为一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制系统的模块 图；
[0039] 图16为另一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制系统的子模 块图；
[0040] 图17为另一种实施方式的子模块混合型模块化多电平变流器的调制系统的子模 块图。
【具体实施方式】
[0041] 请参阅图1，子模块混合型模块化多电平变流器的每相桥臂的上桥臂与下桥臂均 包括N个串联的子模块，N个子模块包括Μ个半桥子模块以及N-M个全桥子模块，其中，所 述Ν为正整数，所述Μ为正整数，所述Ν大于所述Μ。
[0042] 请参阅图2,半桥子模块包括第一IGBT管Τ1、第二IGBT管Τ2、第一续流二极管D1、 第二续流二极管D2以及第一电容C1，第一IGBT管Τ1的集电极与第一电容C1的一端连接， 第一电容C1的另一端与第二IGBT管Τ2的发射极连接，第一续流二极管D1的正极与第一 IGBT管T1的发射极连接，负极与第一IGBT管T1的集电极连接，第二IGBT管T2的集电极 连接与第一IGBT管T1的发射极连接，第二续流二极管D2的正极与第二IGBT管T2的发射 极连接，负极与第二IGBT管T2的集电极连接，第一IGBT管T1与第二IGBT管T2的基极均 接收外部设备提供的控制信号，通过基极接收控制信号，控制IGBT管的导通和关闭。第一 IGBT管T1和第二IGBT管T2是轮流导通。
[0043] 请参阅图3,全桥子模块包括第三IGBT管T3、第四IGBT管T4、第五IGBT管T5、第 六IGBT管Τ6、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极 管D6以及第二电容C2,第三IGBT管Τ3的集电极、第四IGBT管Τ4的集电极以及第二电容 C2的一端相连，第三IGBT管T3的发射极与第五IGBT管T5的集电极连接，第五IGBT管T5 的发射极、第六IGBT管T6的发射极以及第二电容C2的另一端相连，第四IGBT管T4的发射 极与第六IGBT管T6的集电极连接，第三续流二极管D3的正极与第三IGBT管T3的发射极 连接，负极与第三IGBT管T3的集电极连接，第四续流二极管D4的正极与第四IGBT管D4的 发射极连接，负极与第四IGBT管T4的集电极连接，第五续流二极管D5的正极与第五IGBT 管T5的发射极连接，负极与第五IGBT管T5的集电极连接，第六续流二极管D6的正极与第 六IGBT管T6的发射极连接，负极与第六IGBT管T6的集电极连接，第三IGBT管T3、第四 IGBT管T4、第五IGBT管T5以及第六IGBT管T6的基极均接收外币设备提供的控制信号。 第三IGBT管T3和第五IGBT管T5是轮流导通，第四IGBT管T4和第六IGBT管T6也是轮 流导通。
[0044] 通过载波