[发明专利]一种船用中压混合模块化多电平整流器的载波移相调制方法

说明书

本发明公开了一种船用中压混合模块化多电平整流器的载波移相调制方法，所述中压混合模块化多电平整流器包含：直流电源、整流器主电路、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。本发明适用于船舶中压直流电力系统整流场合应用，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结构，节约成本且使整流器增加直流故障阻断能力。

技术领域

本发明涉及船用电能整流领域，特别是涉及一种中压混合模块化多电平整流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。由于模块化多电平整流器(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，在中压直流电力整流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。因此针对用MMC整流器控制策略，提出一种中压混合模块化多电平调制方法。本发明主要解决中压直流电力系统中应用模块化多电平整流器遇到的以下问题：

1)在船舶中压直流电力系统中，由于整流器模块数较少，直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

本发明目的是提出一种船用多电平整流器输出直流母线电压波形脉动较小的驱动控制方法。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整流器拓扑，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整流器进行驱动控制，能够使其直流母线电压波形脉动较小，且具有直流故障阻断能力。

所述中压混合模块化多电平整流器的载波移相调制方法包括以下步骤：

步骤1：各桥臂载波相位角确定算法

中压混合模块化多电平整流器由直流电源、整流器主电路、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，其中整流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 为桥臂子模块数目，正整数)个子模块(SM)及一个桥臂电抗器(L₀) 级联而成，每个子模块(SM)由半桥型子模块和全桥型子模块复合而成，在上、下桥臂中，半桥型、全桥型子模块总和为N，载波移相调制方法植入在驱动模块中；

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)-(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)-(4)；

其中k为整数，i∈[1,N]，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；