[发明专利]一种中压混合模块化多电平变换器的载波移相调制方法

说明书

本发明公开了一种中压混合模块化多电平变换器的载波移相调制方法，所述中压混合模块化多电平变换器包含：直流电源、变换器主电路、负载、数据采集模块、给定输入模块、PID控制器、驱动模块。所述载波移相调制方法包含：计算各桥臂载波相位角、计算参考电压、生成驱动控制信号。本发明适用于中压直流电能变换领域，不仅能增加输出电压电平数，还能在桥臂子模块数较少的情况下使得输出波形谐波较小，采用全桥和半桥型子模块的混合模块化拓扑节约成本且使变换器增加直流故障阻断能力。

技术领域

本发明涉及电能变换领域，特别是涉及一种中压混合模块化多电平变换器的载波移相调制方法。

背景技术

为了高能武器上舰，船舶电力功率不断提升，中压直流(medium voltage DC，MVDC) 电力系统逐步应用于舰船中。与传统中压交流(medium voltage AC，MVAC)电力系统相比，中压直流电力系统具有更高的能量传输效率。由于模块化多电平变换器(modularmultilevel converter,MMC)具有可扩展性强、低导通损耗、对滤波器要求较低等特点，因此，在中压直流电力系统中具有良好的应用前景。

半桥型模块化多电平换流器无法通过闭锁来迅速切断直流故障电流，严重制约了其在远距离输电场合的应用。全桥型模块化多电平换流器具备直流故障穿越能力，但是需要双倍数量的半导体器件，投资和运行损耗较大，限制了它的商业应用。因此一种中压混合模块化多电平变换器被使用，并提出调制方法。本发明主要解决中压直流电力系统中应用模块化多电平变换器遇到的以下问题：

1)在船舶中压直流电力系统中，由于变换器模块数较少，交流输出电压波形质量相对较差；

2)半桥型模块化多电平换流器无法通过闭锁来迅速切断直流故障电流；

3)全桥型模块化多电平换流器投资和运行损耗较大；

发明内容

本发明的目的是提出一种通用且使得多电平变换器输出平稳波形的驱动控制方法。本发明技术方案如下：

采用半桥和全桥型子模块混合的多电平变换器拓扑，用于中压直流电力系统中，在控制系统的框架中，基于通用的载波移相调制方法对变换器进行驱动控制，能够使其平稳输出多电平阶梯波信号，且具有直流故障阻断能力。

所述中压混合模块化多电平变换器的载波移相调制方法包括以下步骤：

步骤1：计算各桥臂载波相位角

中压混合模块化多电平变换器由直流电源、变换器主电路、负载、数据采集模块、给定输入模块、PID控制器和驱动模块组成，其中变换器主电路由三相组成，每相包含上下两个桥臂，每个桥臂均由N(N为正整数)个子模块及一个桥臂电抗器级联而成，每个桥臂的子模块由半桥型子模块和全桥型子模块组成，在上、下桥臂中，半桥型、全桥型子模块总和为 N，载波移相调制方法写在驱动模块中；

为了调制输出多电平阶梯波型，上桥臂的半桥型子模块和全桥型子模块所对应的相位角θ_ph(i)和θ_pf(i)分别为见式(1)和式(2)，下桥臂的半桥型子模块和全桥型子模块所对应的相位角θ_nh(i)和θ_nf(i)分别见式(3)和式(4)；

其中k为整数，i∈[1,N]，N为桥臂子模块数目；全桥型子模块的载波频率为f_cf，半桥型子模块的载波频率为2f_cf，全桥型子模块载波为偶数列，半桥型子模块载波为奇数列，相邻载波间的相位差均为2π/N，上、下桥臂之间载波整体相位差为θ；

步骤2：计算参考电压