[发明专利]一种适用于模块化多电平变流器的变载波混合调制方法

说明书

一种适用于模块化多电平变流器的变载波混合调制方法，该方法包括以下步骤：（1）、采用最近电平逼近的原理，通过对正弦调制电压信号向下逼近取整产生一个与正弦信号周期相同且变化趋势一致的阶梯波信号；（2）、将（1）步骤中所产生的阶梯波信号与正弦调制信号作差，得到新的调制信号；（3）、根据SPWM的控制原理，结合（2）步骤中新的调制信号，采用频率可变的三角载波信号与该新的调制信号进行比较，获得一系列PWM脉冲信号；（4）、将（1）中得到的阶梯波与（3）中获得的PWM脉冲信号进行叠加，获得最终的调制信号，应用到模块化多电平变流器的子模块投切控制中去。一定程度上减小了开关频率，降低了功率损耗，延长了开关器件的使用寿命。

技术领域

本发明设计一种模块化多电平变流器的变载波频率的混合调制策略，属于电力电子领域。

背景技术

模块化多电平变流器由于内部结构的对称性，以及子模块易于扩展、容错性能强、稳定可靠、控制灵活、运行效率高等特点，在柔性直流输电以及能源互联网关键设备——固态变压器等能源领域的应用越来越广泛。不同于传统的两电平、三电平VSC型变流器，在调制策略的控制下，每个桥臂拥有N个子模块的模块化多电平变流器可以输出N+1型电平，输出的电压波形更加接近于正弦调制信号。

模块化多电平拓扑结构的调制策略就是如何通过投入、切除子模块来使输出的交流电压逼近调制波。传统的调制策略主要有载波移相脉冲宽度调制(CPS-PWM)、最电平逼近(NLM)、空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)等，目前，在工程应用的比较多的主要是载波移相脉冲宽度调制策略和最近电平逼近策略，其中，最近电平逼近策略主要应用在电压等级较高，子模块个数较多，电平数较多的领域；在中低压领域，载波移相脉宽调制策略应用较多，但是，载波移相脉宽调制策略开关频率较高，造成功率损耗大，开关器件使用寿命短等实际问题。传统的混合调制策略虽然结合了最近电平调制策略与载波移相脉宽调制策略的特点，采用普通的载波信号与调制信号作比较得到相应的PWM脉冲信号，但是随着调制比的改变调制信号的幅值会发生变化，相应的PWM信号与阶梯波叠加形成的调制结果还存在一些误差。因此，在中低压领域，需要给基于模块化多电平拓扑结构的变流器提供一种更加合理，控制更加精确的调制方法。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种适用于模块化多电平变流器的变载波混合调制方法，其目的是为了改善当前中低压领域模块化多电平变流器的调制策略的调制效果，解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种适用于模块化多电平变流器的变载波混合调制方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

(1)、采用最近电平逼近的原理，通过对正弦调制电压信号向下逼近取整产生一个与正弦信号周期相同且变化趋势一致的阶梯波信号；

(2)、将(1)步骤中所产生的阶梯波信号与正弦调制信号作差，得到新的调制信号；

(3)、根据SPWM的控制原理，结合(2)步骤中新的调制信号，采用频率可变的三角载波信号与该新的调制信号进行比较，获得一系列PWM脉冲信号；

(4)、将(1)中得到的阶梯波与(3)中获得的PWM脉冲信号进行叠加，获得最终的调制信号，应用到模块化多电平变流器的子模块投切控制中去。

(1)步骤最近电平调制策略中，对换流器进行分析，得出单相上、下桥臂的正弦调制电压信号：

式2中，U_ap和U_an分别是a相上桥臂和下桥臂的调制信号，m是电压调制比，一般取值范围是0到1，U_dc是变流器直流母线两端的直流电压值，ω是角频率，t是时间；

一般满足如下关系：

ω＝2πf，其中f＝50Hz；