适用于直流配电网中MMC的电平数倍增混合调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)应用于中压直流配电网时子模块数目较少，沿用直流输电系统中的最近电平逼近调制策略会导致电流畸变严重、输出电压质量差等问题。为此，分析了MMC已有的调制策略原理，并在此基础上提出了一种适用于中压直流配电网的电平数倍增混合调制(double multiplication hybrid modulation, DMHM)策略。该调制策略通过对上、下桥臂电压参考波采用不同的取整函数并叠加PWM波，使电平输出拓展至2N+1;此外，DMHM根据电容电压排序结果决定子模块工作模式，任意时刻每相仅一个子模块工作在PWM模式下，能有效均衡电容电压，控制更为简单。最后，搭建的MATLAB/Simulink仿真验证了DMHM应用于中压直流配电网的有效性，相比于传统的调制策略，DMHM能降低谐波含量，且开关损耗与开关频率远小于CPS-PWM调制。     

基于一致渐近稳定观测器的模块化多电平变流器控制系统设计

为了实现模块化多电平变流器(MMC)各模块之间电容电压均衡,减少电压传感器数量,设计非线性的降维状态观测器,并提出基于该观测器的系统控制方法.依据三相MMC拓扑结构,以三相环流、交流输出电流和所有模块电容电压为状态变量,建立状态空间模型. 结合模型,提出观测器的设计方法,该观测器通过测量MMC电路中6个桥臂电流和6个桥臂投入模块总电压,结合开关信号观测得到各模块电容电压. 利用无源理论和持续充分激励条件,证明在载波移相调制策略和最近电平调制策略下,观测器误差模型是一致渐近稳定的. 以该观测器为基础,设计MMC功率电流双闭环控制器. 通过搭建的仿真模型验证所设计观测器的观测值能够准确跟踪实际值,系统鲁棒性和动态性能较好.     

模块化多电平换流器常用调制策略的对比分析

模块化多电平换流器(MMC)常用调制方式包括载波移相调制(CPS-PWM)、载波层叠调制(CLS-PWM)以及最近电平逼近调制(NLM)。为提高MMC工作效率,方便针对不同应用条件选取合适的调制方式,本研究采用Matlab/Simulink虚拟仿真方法,对以上调制方式从开关频率、谐波分布、谐波畸变率等方面进行仿真,并对仿真结果进行比较,得到结论:CPSPWM方式在MMC电平增多后更便于滤波,但算法也更加复杂,较为适用于十几电平或者二十几电平场合;CLS-PWM中的三种方式在电平增高后,谐波仍较为分散,但在十电平以下时就能达到较低的谐波畸变率,适合应用于电平数不多的场合;NLM开关损耗小,调制简单,但波形质量在电平数少的时候相对较差,在高电平时较为适用。     

Research of Wavelet Modulation for Single-Phase Three-Level Inverter

单相三电平逆变器小波调制策略的研究

刘洪臣,范国磊,苏振霞

（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨150001）

创新点说明：

提出了单相三电平逆变器的小波调制策略,提高了输出电压的基波含量,降低了输出电压的谐波含量。

研究目的：

将小波调制应用于三电平逆变器中,降低输出电压中的谐波含量。

研究方法：

1.小波调制策略从两电平逆变器扩展到三电平逆变器;

2. 通过理论分析三电平逆变器小波调制策略的输出电压基波和谐波含量,证明其方法的优越性;

3. 通过仿真和实验对所提方法的正确性进行了验证。

结果：

基于小波调制的三电平逆变器的输出电压的基波含量高,谐波含量低;

结论：

三电平逆变器小波调制的输出电压谐波含量小、基波幅值大,能很好的改善输出电压质量,并且开关频率低,算法简单,易于实现。对于小波调制策略而言,研究表明小波调制总采样组数D与电压谐波畸变率存在非线性关系,因此当选择适当的采样组数D时,逆变器的开关频率、开关损耗及谐波畸变率将很小。

关键词：小波调制;三电平逆变器;谐波含量;基波

     

采用三次谐波注入法的多电平级联H桥逆变器

阐述了级联H桥七电平逆变器拓扑结构和工作原理,分析了比较多电平逆变器常用PWM调制技术的优缺点,得出采用三次谐波注入方法控制多电平逆变器具有两个突出优点:电压调制度可以达到1.15;由N个单元组成的H桥逆变器的负载电压等效开关频率是每个单元开关频率的N倍.通过Matlab/Simulink仿真软件和DSP实验装置对三次谐波注入法多电平逆变器进行了仿真和实验研究,结果验证了该方法的正确性和可行性.     

基于CPS-SVPWM调制的MMC-STATCOM简化算法研究

针对模块化多电平换流器(MMC)难以实现多电平SVPWM技术,提出了基于CPS-SVPWM调制的MMC控制算法。该算法是将MMC等效看作上、下2N个三相半桥的串联,合理布置两电平SVPWM生成模块的位置后,结合载波移相技术,实现多电平输出。最后,在电力系统仿真分析软件PSCAD/EMDTC中搭建了基于模块化多电平换流器的五电平STATCOM仿真模型,结果表明基于CPS-SVPWM调制的MMC简化算法简单,控制效果好,电压利用率高,可以很好地应用到多电平MMC的控制领域,从而也验证了文中所提出的控制方法的有效性和可行性。     

±50kV MMC-HVDC的双极直流输电系统的仿真研究

模块化多电平换流器(MMC)作为一种新型多电平拓扑结构的电压源换流器,具有扩展性强、输出电压质量高、谐波含量少等优点,已经展现出极其重要的工程应用前景。文章首先介绍了MMC-HVDC的拓扑结构、运行原理、数学模型、控制策略及调制方式,然后利用PSCAD电磁暂态仿真软件建立了MMC-HVDC的仿真模型,最后基于该模型进行仿真并给出仿真结果,验证了所建模型的正确性。     

多电平逆变器准最优脉宽调制方法

多电平变换器是高压大功率应用领域的研究热点,文中针对多电平载波PWM技术中电压调制深度低和基波幅值小的问题,提出了一种新颖的多电平准最优PWM法,分析了输出最大电压调制深度、基波幅值和谐波畸变率等,同时给出了输出电压开关切换角、最优调制波形等的求解方法,并进行了计算机仿真。结果表明,该方法极大地提高了输出电压调制深度和基波幅值。     

利用均压策略消除MMC死区影响的方法

以单个子模块为出发点,分析死区对模块化多电平换流器(MMC)相单元总电压以及交流输出电压的影响.分析表明:在死区时间内,MMC相单元中实际处于投入状态的子模块总数与该相单元内部某一采样时刻发生投、切状态改变的子模块数相关,从而导致相单元总电压会出现短暂的过压(或欠压),不利于桥臂电抗器的运行,同时使MMC交流输出电压中出现不期望的电平数,增大了输出电压的总谐波畸变率.利用优化的均压算法减小了死区对MMC的影响,提高了输出电压的质量,研究最近电平逼近以及优化的均压算法在实现过程中面临的问题.设计一种适合于大规模MMC的控制系统硬件平台,研发了41电平三相MMC实验室样机.实验结果表明:所设计的控制系统是可行的;优化后的均压策略有效地降低了死区对MMC相单元总电压、交流输出电压以及桥臂电抗器的影响.     

适用于MMC-MVDC的无差拍最近电流逼近控制策略

在中压直流(medium voltage direct current,MVDC)输电系统中,模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各桥臂子模块数往往较少,因此采用传统最近电平逼近(nearest level modulation,NLM)策略进行调制时各电平持续时间较长,从而导致交流侧输出谐波含量升高。为解决上述问题,提出了一种适用于MMC-MVDC的无差拍最近电流逼近(deadbeat nearest current modulation,DNCM)控制策略,该策略在各电平持续时间内,根据交流侧实际电流和参考电流差值确定子模块开通数量,通过降低MMC单一电平持续时间来改善交流侧谐波畸变,且各子模块开关频率较低,谐波改善程度与子模块数无关。同时,定量分析了DNCM的控制原理,并得到了电流误差的波动范围。最后,在Matlab/Simulink中搭建了MMCMVDC仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。