模块化多电平换流器混合调制策略

针对用于低压系统的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),提出了一种提高较低电平数下换流器输出波形质量的混合调制策略。采用最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)与脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)相结合的方法,在每个控制周期,以最近电平逼近的方法形成阶梯波,并在每一个阶梯波上引入PWM控制,形成阶梯波和PWM信号相叠加的换流器桥臂调制信号。该调制策略能够在提高换流器输出的波形质量和减少谐波含量的同时,降低调试算法运算量,有利于控制器的实现。通过对用于10 k V交流系统的9电平换流器进行仿真试验,验证了所提出的调制策略能使换流器具有较好的电压、电流输出波形,证明该调制策略的可行性与有效性。     

一种适用于少子模块MMC的等效电平调制策略

为了改善直流配电网中子模块数较少的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的运行性能,文中提出一种等效电平调制(equivalent level modulation,ELM)策略。在最近电平逼近调制的基础上,通过引入子模块输出方波序列的等效电平模式,ELM调制出的交流电压可等效增加多种非整数电平。子模块的工作模式根据排序结果进行轮换,任意时刻每个桥臂至多有1个子模块运行于等效电平模式。谐波与损耗分析表明,与最近电平逼近调制相比,ELM能够有效降低输出电压的低次谐波含量,且运行损耗明显小于载波移相PWM调制。此外,文中还给出ELM综合考量谐波与损耗的最优方波频率求取方法。最后,分别搭建Matlab/Simulink仿真模型和物理实验系统,对ELM应用于少子模块MMC的有效性与优越性进行验证。     

中压级联H桥换流器提高输出电能质量的锯齿载波NL-PWM策略

最近电平-脉宽调制(nearest level pulse width modulation,NL-PWM)技术是将最近电平调制(nearest level modulation, NLM)与脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)有机结合的先进调制策略,适用于中压配电网级联H桥换流器,具有开关频率低和谐波特性好的优点。现有的NL-PWM调制基于三角载波,在中压配电网应用CHB子模块数较少的情况下,其输出电压的THD含量相对较高,并且其开关点随参考电压变化,不利于均压控制。由于锯齿载波具有固定的跳变点便于均压控制,通过对NL-PWM调制的基本原理的分析,推导了基于锯齿载波的NL-PWM输出电压波形的频谱;通过仿真分析了不同电平情况下锯齿载波NL-PWM的谐波特性,并将其调制性能与基于三角载波的NL-PWM调制方法进行了对比。最后,搭建了每相4个H桥模块级联的电力电子换流器进行了基于锯齿载波NL-PWM调制的实验验证。仿真和实验结果表明,锯齿载波的NL-PWM调制的输出电压和电流THD含量明显小于三角载波的NL-PWM调制。     

一种改进的中压MMC混合调制策略

在介绍了模块化多电平变换器(MMC)基本运行原理的基础上,分析了传统最近电平逼近调制(NLM)+脉宽调制(PWM)的混合调制策略,针对该混合调制策略输出电压的电平数只有n+1(n为MMC各桥臂子模块个数),在中、低数目子模块下对波形质量改善幅度较小,提出了一种改进的混合调制策略,该调制策略通过对上、下桥臂PWM载波相角差进行合理的配置,可使得输出电压的电平数达到2n+1,从而显著降低了输出电压电流的谐波含量.最后通过实验验证了改进策略的有效性.     

基于辅助子模块的MMC输出电流谐波优化控制方法

基于半桥结构的模块化多电平变流器（modular multilevel converter,MMC）因其具有功率大、电压等级高等特点，在柔性直流输电系统中被广泛应用。与载波移相调制（carrier phase shift modulation,CPS-PWM）相比，最近电平逼近调制（nearest level modulation,NLM）具有控制简单，开关频率低的显著优势。但在输出电平较少时，NLM调制输出电流谐波畸变率较大。因此，文中在传统MMC的每个桥臂中串入1个全桥子模块，控制该全桥子模块的电容电压为半桥子模块的1/2，以增加MMC输出电平数。对NLM调制策略进行改进，改进后的调制策略可以实现半桥和全桥子模块的平衡控制，并在此基础上，提出了一种降低子模块开关频率的方法。最后，在MATLAB/Simulink中搭建了详细的仿真模型，仿真结果验证了文中MMC拓扑和改进NLM调制策略的有效性。     

并联全桥子模块MMC的自均压运行特性研究

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)面临半桥子模块拓扑不能清除直流故障电流和子模块电容电压排序计算量过大、对传感器实时性要求高等问题。有文献针对低压领域MMC应用中存在的负荷电流过大、电容电压监测困难等问题,提出并联全桥子模块(paralleled full bridge sub-module,P-FBSM)拓扑,对MMC-HVDC具有借鉴意义。该文从P-FBSM结构出发,分析其开关状态集,进而推导以开关函数表示的并联全桥MMC桥臂模型;基于最近电平逼近调制,设计P-FBSM动态分配均压控制策略,实现无需子模块电容电压的自均压控制,有效减小控制器计算量、降低传感器实时性要求。最后,在PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果表明,采用所提均压控制策略可同时实现子模块电容电压的自均衡和直流故障电流快速清除。     

模块化多电平变换器混合调制策略

提出一种应用于模块化多电平变换器(MMC)的混合调制策略,该方法融合了最近电平逼近调制(NLM)与脉宽调制(PWM)策略。利用NLM算法求得输出电平数,引入子模块直流电压瞬时值对阶梯数进行修正,在此基础上求得PWM波,并确保在任意时刻MMC每桥臂中有且仅有一个子模块处于PWM,以减少系统损耗。与此同时,采用电容电压排序的方法选择PWM工作子模块,并对各子模块进行了电压均衡控制。样机验证了其正确性及先进性。     

桥臂复用型模块化多电平换流器的拓扑及控制研究

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的轻型化需求,提出一种具备子模块高利用率的桥臂复用型模块化多电平换流器(arm multiplexing MMC,AM-MMC)。通过将相单元划分为上桥臂、复用桥臂和下桥臂,并利用桥臂切换开关对桥臂进行复用,AM-MMC可有效提高子模块利用率、降低子模块装配数量。为了避免桥臂切换开关的动态均压问题,设计确保AM-MMC在上、下桥臂复用模式之间平稳切换的模式切换策略。此外,根据AM-MMC拓扑特点,设计最近电平逼近调制和分段脉宽调制策略,以满足其在高压直流输电和中低压直流配用电领域的调制需求。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,AM-MMC能够顺利完成交直电压变换与能量传输,且运行效果良好。与常规MMC相比,所提AM-MMC的子模块利用率提升至66.7%,子模块装配数量降低25%,有效实现了轻型化目标。     

基于选择性定频积分逼近调制策略的MMC子模块不对称运行控制方法

针对模块化多电平变换器子模块不对称运行问题,提出了一种基于选择性定频积分逼近的PWM调制策略。变换器由于元件损坏或参数差异会出现子模块电容电压失衡的不对称运行状态,周期性地监测子模块电容电压和桥臂电流方向,改变PWM驱动信号与实际开关管驱动的映射关系,使系统由不平衡运行状态回到平衡运行状态。此外,该调制策略有效减少了开关管驱动的窄脉冲、降低了开关损耗。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

半桥级联式STATCOM改进调制策略研究

多电平脉宽调制(PWM)策略是级联式静止无功发生器(STATCOM)的关键技术。提出一种适用于三相三线制的半桥级联式STATCOM结构的改进型调制方式。该调制方式先从逆变器生成的电平中选择与线电压调制波幅值最接近的电平作为计算指令,再根据指令逆向推导出各模块的投切方式与触发脉冲,最后触发各子模块中的开关产生相应动作,使逆变器产生所需的电平输出。该调制方式利用单载波实现多电平调制,与传统调制方式相比省略了相位同步环节,实现了SPWM在三相三线制的半桥型级联式STATCOM结构上的应用,且保留了传统级联调制技术谐波含量少的优点。仿真与实验结果表明所提改进调制策略在三相三线系统中能使STATCOM输出波形有效跟踪正弦调制波,同时具有较高的并网电能质量。     

基于中压直流配电网的MMC调制策略研究

模块化多电平换流器已在直流输电场合得到广泛研究,现今为止已取得不少工程应用。文中介绍了模块化多电平换流器及其子模块的拓扑结构和工作原理。搭建了基于PSCAD/EMTDC的两端模块化多电平换流器仿真系统,实现了两种最常用的调制策略的比较。比较了不同调制方式下两端系统逆变侧输出电压、输出电流、A相桥臂电流及各桥臂子模块的电容电压波动情况。对模块化多电平换流器在中压直流配电网中的工程应用有一定参考价值。     

大功率并联电流源变流器五电平特定谐波消除法

随着电压和功率等级的不断提高,并联电流源拓扑被广泛应用于中压大功率电流源系统的扩容.为解决并联电流源系统中直流桥臂电流不均衡和共模电压过高这2个问题,提出了一种应用于大功率并联电流源的五电平特定谐波消除(5L-SHE)调制方法,同时实现了直流桥臂电流的均衡控制和共模电压的抑制,并且保证了在较低开关频率下并网电流的电能质量.首先,按照脉宽调制(PWM)电流模长的不同将开关状态进行分类,并计算每个开关状态所对应的共模电压大小;其次,在分析冗余开关状态对直流桥臂电流均流影响的基础上建立了均流控制策略;再次,以共模电压较低的开关状态构建5L-SHE波形,并依据均流策略对冗余开关状态进行合理挑选.最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性.     

直流配电网中MMC的谐波分析与调制方法设计

将模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）应用于中低压直流配电网时,由于子模块数较少,输出电压低次谐波含量大,电流畸变程度较高,因此为直流配电网中的MMC设计合适的调制方法显得尤为重要。在分析MMC已有的最近电平逼近调制（nearest level modulation, NLM）与载波移相脉冲宽度调制（carrier phase shifting pulse width modulation, CPS-PWM）原理及谐波特点的基础上,提出了基于最近电平逼近的脉冲宽度调制（NL-PWM）方法,并推导了其谐波的解析表达式,给出了MMC调制的设计方法。所提出的NL-PWM方法谐波特性更好,并且均压简单,通用性好,易于与NLM方法相互转换,使MMC可根据实际需求方便地选择输出PWM波或阶梯波。对于中低压MMC,增加模块数和引入PWM波调制均可达到同样的谐波改善效果,文章的谐波分析结果为MMC的调制方法设计提供了理论依据,并引入新的谐波指标,即纯电感负载时电流总谐波畸变率,衡量2种方案的谐波大小。最后给出了6 kV MMC的设计算例,并通过仿真验证了所提出NL-PWM方法的可行性,以及其谐波分析结果的正确性。     

一种新型MMC并联双端口子模块及其三阶段故障电流阻断机理

为使模块化多电平换流器(modular multilevel converter,?MMC)具备直流故障自清除能力和电容电压均衡能力,提出了一种新型并联双端口子模块：钳位双全桥子模块(clamp double full bridge submodule,?CD-FBSM)。该子模块器件成本和运行损耗较低,正常工作时相邻子模块之间具有多种协同运行模式,通过特有的并联模式可提高电容电压均衡度。故障闭锁时,模块内部电容并联、模块之间电容串联且反向接入电路,能够可靠阻断故障电流并均衡电容电压,有利于系统快速重启。此外,提出了三阶段故障电流阻断机理分析方法,对CD-FBSM的故障电流阻断过程进行了研究。通过Matlab/Simulink的仿真结果表明,所提子模块电容电压均衡度较高,可快速阻断故障电流,且故障电流阻断过程与理论分析一致。     

基于附加电平MPC的MMC环流抑制与子模块双重均压控制

针对模块化多电平变换器的相间环流与子模块电压波动问题,提出了基于附加电平模型预测控制的环流抑制策略,利用附加的补偿电平实现总子模块数的实时更新,达到环流抑制目的;同时,将相间均压与相内子模块均衡作为子模块的第一重均压控制,再将所投入的子模块电压排序处理构成第二重均压控制。通过分析模块化多电平变换器的桥臂环流与桥臂电压之间的关系以及子模块电压波动的弊端,提出了环流抑制与子模块均压控制策略。最后,在Matlab/Simulink中搭建了31电平的模块化多电平变换器系统仿真模型,验证了所提策略的可行性与有效性。     

三电平整流器弃用中矢量的对称三区电压矢量调制策略

根据基于目标控制的三电平PWM整流器的数学模型,详细分析了三电平各电压矢量对直流侧中点电压的影响,提出了一种弃用中矢量的对称三区的电压矢量调制策略。对该法在不同调制模式下整流器的性能进行了深入仿真研究。该方法电压矢量分区少,算法简单。由于弃用了中矢量,电压矢量调制策略本身的直流侧中点电压达到了自平衡。仿真和实验结果表明,三电平PWM整流器性能稳定,功率因数高,方法正确有效。与传统调制策略相比,当网侧电流幅值变化较大时,该方法的直流侧中点电压平衡效果仍然很好。     

两相SVPWM原理及经典两相SVPWM算法

分析两相电压空间矢量脉宽调制原理及其实现方法,提出了经典两相SVPWM算法,该算法根据调制比将调制模式分为线性调制模式、过调制模式Ⅰ和过调制模式Ⅱ。重点分析了过调制模式,利用傅立叶分析给出对应模式下参考角的推导方法,计算了在过调制模式下的输出相电压各次谐波幅值。经典两相SVPWM算法能实现电压空间矢量调制由线性调制模式到过调制模式直到方波的连续过渡,实现了全调制区域的运行,最大限度地利用了直流电压。     

T型逆变器的共模干扰与共模电压抑制算法

在车辆电传动等大功率、高密度的交流调速场合,采用PWM控制时逆变器的共模干扰问题对电机和调速系统的影响和危害尤为突出。通过对T型逆变器电路拓扑和工作模态的研究,说明了逆变器共模电压的生成原因,得出了逆变器共模电压的傅里叶表达式,并分析了其谐波构成。其次,提出了T型逆变器的共模干扰等效模型,实验表明共模电压频谱的仿真与实验结果吻合,验证了高频模型的有效性。最后,提出了一种可以在理论上消除共模电压的调制波移相PWM算法,通过与传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)、改进SVPWM和载波反向层叠调制(PODSPWM)算法的对比分析,说明了该算法对于抑制T型逆变器共模电压的优势与有效性,同时也指出了调制波移相PWM算法仍然存在的问题。     

适用于少子模块混合型MMC直流故障穿越的均压调制策略

针对混合型模块化多电平换流器(HMMC)在中低压场景子模块个数受限以及直流故障穿越期间的电容电压平衡问题,提出适用于少子模块HMMC直流故障穿越的调制技术以及直流故障穿越期间的电容电压平衡控制方法。从虚拟半桥子模块角度对全桥子模块拓扑进行解耦,统一HMMC的内部拓扑。基于虚拟调制改进载波移相脉宽调制方法,提出适用于HMMC多工况运行模式切换的混合调制技术。进一步考虑直流故障穿越期间的子模块电容电压平衡需求,基于优化子模块充、放电能量分布的思想,重构脉冲映射关系,提出分层脉冲自适应平衡控制方法。仿真结果表明,所提策略实现了少子模块HMMC直流故障穿越,并有效保障了直流故障穿越过程中子模块的动态电容电压平衡。     

全桥高频链逆变电源的混合控制策略研究

对丁全桥高频链逆变器的控制,本文提出一种混合式正弦脉冲脉位调制控制策略,高频变压器传递SPWM波,根据对输出电压与电流进行过零比较与逻辑组合,得到周波变换器高频和低频混合驱动脉冲。介绍了全桥高频链逆变器的工作原理,并应j{]MATLAB仿真软件对电路进行控制算法的仿真,同时制作丫容量为200VA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提控制方案的可行性与正确性。