[发明专利]一种基于SIC器件的模块多电平变换器准两电平PWM控制方法

说明书

本发明公开了一种基于SIC器件的模块多电平变换器准两电平PWM控制方法，首先通过电流控制确定输出电压的参考值和输出PWM调制器的占空比，然后根据PWM调制器的占空比D确定PWM开关状态时间信号，根据PWM开关状态与能量参考值确定环流参考值，根据环流实际值与环流参考值确定补偿电压参考值；最后将补偿电压参考值叠加参考电压上得到输出电压调制信号，并进行延时PWM调制得到各桥臂子模块PWM控制信号，实现对模块化多电平变换器每个子模块的控制。本发明有效防止出现输出电压过大的现象，减小了模块多电平变换器子模块电容电压波动，降低对子模块电容能量存储的要求，进一步减小了模块多电平变换器体积，降低了模块多电平变换器成本。

技术领域

本发明涉及电力电子的控制技术，具体是涉及一种基于SIC器件的模块多电平变换器准两电平PWM控制方法。

背景技术

电力电子变换器是电能变换的核心装置，已被广泛应用到电能生产、传输、分配和使用的各个环节。工业化进程的逐步推进使得人们对电能的利用愈加深入，对电力电子变换器的要求也越来越高，反过来促进了电力电子技术的不断发展。近几年来，柔性交流输电系统(flexible AC transmission，FACT))、高压直流输电(high voltage direct currenttransmission，HVDC)、规模化分布式新能源发电并网等先进电力电子技术在电力系统中的应用愈加广泛，也因此对电力电子变换器提出了更高电压等级、更大功率容量的要求。传统的两电平或三电平拓扑需要对功率器件进行串联或并联，存在功率器件的均压或者均流问题，控制难度较大。多电平变换器的出现有效避免了这些问题。但是多电平变换器拓扑如二极管箝位型拓扑、飞跨电容型拓扑以及级联H桥型拓扑存在输出电平数增加时拓扑结构复杂、无公共直流侧等缺点。模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)相较于这几种优势明显。首先，模块化的设计不存在器件直接串联带来的问题，容错能力强的同时易于扩展至不同电压及功率等级。其次，输出电平高，可以扩展到很高的电压等级，降低了对变压器及滤波器的要求。最后，拓扑所具有的公共直流侧可实现能量双向流动，方便其在背靠背场合的应用。

尽管MMC具有上述的优点，但由于其结构上的特点，也存在不可避免的劣势。一方面，MMC通过各个子模块中的直流电容支撑公共直流侧电压。电容在充放电过程中会引发电压波动，影响公共直流侧电压的稳定，影响MMC的正常工作。为了保证MMC的稳定工作，常见的方法是将子模块中的电容值取得较大。如此一来，直接增大了MMC装置的体积以及成本，限制了其在一些对成本较为敏感的场合上的应用。另一方面，当前常见的MMC装置中子模块所采用的功率器件大多为硅基器件，其电压等级一般不超过12kV。尽管MMC可以通过模块化设计降低对功率器件的电压要求，但为了满足某些高电压等级场合，可能需要数量过多的子模块，同样增大了装置的体积和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SIC器件的模块多电平变换器准两电平PWM控制方法。

解决本发明目的的技术解决方案为：一种基于SIC器件的适用于模块多电平变换器准两电平PWM控制方法，该准两电平PWM控制方法包括输出电流控制环节、桥臂能量控制环节和准两电平PWM调制环节三部分，具体如下：

步骤1、输出电流控制环节：PI控制器比较每一相输出电流实际值i_jo与输出电流参考值i_jo^*确定输出电压的参考值并根据输出电压的参考值确定输出PWM调制器的占空比D；

步骤2、桥臂能量控制环节：PWM调制器比较三角载波信号与PWM调制器的占空比D确定PWM开关状态时间信号，PI控制器根据PWM开关状态与能量参考值确定环流参考值，P控制器根据环流实际值与环流参考值确定补偿电压参考值，并将补偿电压参考值叠加到步骤1输出参考电压上得到输出电压调制信号；