[发明专利]一种4N+1电平输出的单相MMC载波移相调制方法

说明书

本发明公开一种4N+1电平输出的单相MMC载波移相调制方法，属于电力电子换流器技术领域，该调制方法主要包括：输入MMC的参考电压波信号以及直流侧电压和各桥臂的子模块数量N；根据参数确定各桥臂的调制波信号；判断桥臂子模块数量的奇偶性，确定各桥臂中每个子模块的载波移相角，完成载波移相调制。相比于传统单相MMC的2N+1电平输出，本发明能够输出4N+1电平，显著增加了阶梯电平数和等效开关频率，改善了输出电压质量，同时本发明降低了MMC输出电压的低次谐波含量，降低了滤波器的尺寸大小。

技术领域

本发明属于电力电子换流器技术领域，具体涉及一种4N+1电平输出的单相MMC载波移相调制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有模块化程度高、可使用低压器件、能量传输效率高、交流侧输出电压谐波含量低、可实现冗余控制等优越特性，目前已经迅速在各种中高压大功率的电能变换场景中得到了广泛应用，如中高压直流输电、交直流电网互联、智能变压器、中压电机驱动等领域。

目前的模块化多电平换流器技术研究主要集中应用在三相换流器控制方向上，对于单相MMC的研究较少。对于桥臂子模块数量为N、载波频率为f_s的单相H桥型MMC来说，传统的调制方法仅能输出2N+1电平的交流侧电压，输出电压波形的最低谐波为2Nf_s，当子模块数量较少时，输出电压波形的阶梯数的过少会导致输出波形低频谐波含量大，波形畸变严重，这明显影响了系统的电能质量，并增加了滤波器的尺寸大小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种4N+1电平输出的单相MMC载波移相调制方法，通过为每个桥臂上的不同子模块设置不同的载波移相角，在桥臂子模块数量N不变的同时，尽可能提高输出电压的阶梯电平数和等效开关频率，改善输出电压质量。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种4N+1电平输出的单相MMC载波移相调制方法，所述单相MMC采用H桥型结构，由A、B相上下共四个桥臂组成，每个桥臂由N个完全一致的子模块和一个桥臂电感构成，所述调制方法包括以下步骤：

S1：输入MMC的参考电压波信号U_ab以及直流侧电压U_dc和各桥臂的子模块数量N；

S2：根据步骤S1的参数，确定各桥臂的调制波信号为：

A相上桥臂：v_pa＝0.5*(1-U_ab/U_dc)，A相下桥臂：v_na＝0.5*(1+U_ab/U_dc)，

B相上桥臂：v_pb＝0.5*(1+U_ab/U_dc)，B相下桥臂：v_nb＝0.5*(1-U_ab/U_dc)；

S3：判断桥臂子模块数量的奇偶性，确定各桥臂中每个子模块的载波移相角，进行载波移相调制。

进一步的，所述步骤S3中，确定载波移相角的具体方法为：

S31：判断桥臂子模块数量N的奇偶性；

S32：若N为奇数，则桥臂中第i个子模块的载波移相角为：

A相上桥臂：θ_pa(i)＝(i-1)*2π/N；

A相下桥臂：θ_na(i)＝(i-1)*2π/N；

B相上桥臂：θ_pb(i)＝π/2N+(i-1)*2π/N；