一种量化误差可控的少子模块MMC混合调制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种量化误差可控的少子模块MMC的混合调制方法及装置，属于MMC调制技术领域。

背景技术

随着可再生能源发电容量及清洁能源占能源消费总量比重的不断增长，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借其模块化、扩展性好、转换效率高等优点被广泛应用于高压直流输电，风电、光伏并网，孤岛供电等方面。此外，相比传统电平数不高的电压源换流器，由于MMC能增加输出电平数，从而降低输出侧谐波含量以及换流器的整体损耗，所以MMC也被广泛运用在中低压配电网下。

在中低压配电网中，调制方式对于MMC的运行性能起决定性作用，适用于MMC的调制方法众多，最常见的有最近电平逼近调制(nearest level modulation, NLM)和载波移相PWM调制(carrier phase-shifted pulse width modulation, CPS-PWM)。在中低压配电网下由于电压等级的降低，MMC子模块数量随之减少，采用NLM策略时输出电压的低次谐波含量较高，采用CPS-PWM策略虽能减少低次谐波含量，但整个系统需要附加复杂的环流抑制和电容均压控制算法，运行损耗较高。因此在中低压配电网下需要更灵活可靠的MMC调制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种量化误差可控的少子模块MMC的混合调制方法，根据对比err和rerr的大小对MMC的调制方式进行灵活切换，适用于少子模块下MMC系统，能够改善中低压配电网下MMC 输出波形质量。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提出了一种量化误差可控的少子模块MMC的混合调制方法，所述MMC混合调制方法包括如下步骤：

基于少子模块MMC系统，在最近电平调制下设置一个量化误差err；

获取少子模块MMC系统在最近电平调制下的实际误差rerr；

根据桥臂电流得到二极管钳位子模块的电容电压升降序；

比较err和rerr的大小控制MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制之间进行实时切换；

根据电容电压升降序和切换的调制模式，分配驱动信号和各个二极管钳位子模块的对应关系，驱动MMC中各个子模块开关管的导通与关断。

进一步的，MMC的每个桥臂由N个二极管钳位子模块和桥臂电感L串联组成，其直流侧电压为U

在MMC中，N+1电平调制波

其中，m为MMC的调制比，

进一步的，MMC在最近电平逼近下的设置的量化误差err范围是：

其中，N为MMC每个桥臂上的二极管钳位子模块个数；

进一步的，获取实际误差的方法包括：根据求取公式计算：

其中，U

进一步的，在NLM模式下下桥臂需要投入的子模块数目N

其中，u

进一步的，根据桥臂电流得到二极管钳位子模块的电容电压升降序的方法为：

在二极管钳位子模块投入任意工作模式前，得到桥臂电流I

当I

当I

进一步的，对比err和rerr的大小控制MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制之间进行实时切换的方法为：当实际误差rerr小于等于量化误差err时， MMC投入最近电平逼近模式，当实际误差rerr大于量化误差err时，MMC投入载波移相模式。

进一步的，j相混合调制模式转换的控制方式表达式为：

其中，

第二方面，本发明提供了一种误差可控的少子模块MMC的混合调制装置，包括：

量化误差模块：用于基于少子模块MMC系统，在最近电平调制下设置一个量化误差err；

实际误差模块：用于获取少子模块MMC系统在最近电平调制下的实际误差rerr；

获取模块：用于根据桥臂电流得到二极管钳位子模块的电容电压升降序；

切换模块：用于比较err和rerr的大小控制MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制之间进行实时切换；

驱动模块：用于根据电容电压升降序和切换的调制模式，分配驱动信号和各个二极管钳位子模块的对应关系，驱动MMC中各个子模块开关管的导通与关断。

第三方面，本发明还提供一种误差可控的少子模块MMC的混合调制装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明根据对比err和rerr的大小对MMC的调制方式进行灵活切换，适用于少子模块下MMC系统，能够改善中低压配电网下MMC输出波形质量。

2、本发明提出了一种量化误差可控的少子模块MMC的混合调制方法，在进行MMC混合调制前，本发明方法先根据桥臂电流确定电容电压升降序，为后续子模块投入排序提供支持，保证子模块投入顺序的准确性，结合对应的子模块电压均衡算法，使得子模块电压均衡达到效果显著。混合调制过程中，本发明方法根据比较err和rerr的大小投入模式进行切换，在不同阶段采用不同调制模式，让MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制方式之间的实时的、灵活的切换，降低输出电压低次谐波含量，减少开关管状态切换的频率，在提高MMC输出波形质量的同时减少系统运行损耗，改善了中低压配电网下MMC的运行性能。

附图说明

图1为本发明实施例中三相MMC的拓扑结构图；

图2为本发明一种量化误差可控的少子模块MMC的混合调制方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例中子模块模式流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，MMC的每个桥臂由N个二极管钳位子模块和桥臂电感L串联组成，根据子模块的数目N确定上下桥臂各需投入的子模块数目N

在MMC中，N+1电平调制波

其中，m为MMC的调制比，

基于图1中的MMC系统，本发明提出了一种量化误差可控的少子模块 MMC的混合调制方法，如图2、3所示，具体包括如下步骤：

步骤A、少子模块MMC系统在最近电平调制下设置一个量化误差err；获取少子模块MMC系统在最近电平调制下实际误差rerr；

步骤A01、求取在NLM模式下下桥臂需要投入的子模块数目N

其中，u

步骤A02、设置MMC在最近电平逼近下的量化误差err，其范围是：

其中，N为MMC每个桥臂上的二极管钳位子模块个数；

步骤A03、求取实际误差：

其中，U

步骤B、根据桥臂电流得到二极管钳位子模块的电容电压升降序。本发明方法将子模块电容电压均衡算法与该混合调制策略结合，判断桥臂电流在子模块投入任意工作模式前执行。

步骤B01、在二极管钳位子模块投入任意工作模式前，得到桥臂电流I

步骤B02、当I

步骤B03、当I

步骤C、根据比较err和rerr大小控制MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制之间进行实时切换，具体操作如下：

步骤C01、当实际误差rerr小于等于量化误差err时，MMC投入最近电平逼近模式，当实际误差rerr大于量化误差err时，MMC投入载波移相模式。

j相混合调制模式转换的控制方式表达式为：

其中，

步骤D、根据步骤B得到的电容电压升降序和步骤C切换的调制模式，分配驱动信号和各个二极管钳位子模块的对应关系，驱动MMC中各个子模块开关管的导通与关断，完成MMC调制，MMC输出波形。

本发明方法在进行MMC混合调制前，先根据桥臂电流确定电容电压升降序，为后续子模块投入排序提供支持，保证子模块投入顺序的准确性，结合对应的子模块电压均衡算法，使得子模块电压均衡达到效果显著。混合调制过程中，本发明方法根据对比err和rerr的大小进行模式的切换，在不同阶段采用不同调制模式，让MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制方式之间的实时的、灵活的切换，降低输出电压低次谐波含量，减少开关管状态切换的频率，在提高MMC输出波形质量的同时减少系统运行损耗，改善了少子模块MMC的运行性能。

实施例二：

本实施例提供一种误差可控的少子模块MMC的混合调制装置，包括：

量化误差模块：用于基于少子模块MMC系统，在最近电平调制下设置一个量化误差err；

实际误差模块：用于获取少子模块MMC系统在最近电平调制下的实际误差rerr；

获取模块：用于根据桥臂电流得到二极管钳位子模块的电容电压升降序；

切换模块：用于比较err和rerr的大小控制MMC在最近电平逼近调制与载波移相调制之间进行实时切换；

驱动模块：用于根据电容电压升降序和切换的调制模式，分配驱动信号和各个二极管钳位子模块的对应关系，驱动MMC中各个子模块开关管的导通与关断。

本实施例的装置可用于实现实施例一所述的方法。

实施例三：

本发明实施例还提供了一种误差可控的少子模块MMC的混合调制装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。