基于载波移相调制的模块化多电平变换器变频运行控制_公铮
一种改进的模块化多电平变换器调制策略研究
ＭＭＣ） ． Ａｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ Ｓ ＵＰ Ｗ Ｍ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＭＭＣ ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｒ ｍ ｕ ｈ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ （ ＭＭＣ ）；ｓ ｕ ｂ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｕ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｓ Ｕ Ｐ ＷＭ） ；
基于DSP的载波移相多电平PWM实现方法
基于DSP的载波移相多电平PWM实现方法
朱凌;刘涛;鲁志平;王毅
【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2004(031)005
【摘要】载波移相PWM方法适用于单元级联型多电平电路,其实PWM控制信号.在分析多电平逆变器拓扑结构和控制策略的基础上,针对载波移相PWM控制方法,提出了适用于DSP实时控制的离散自然采样算法;并基于TMS320LF2407数字信号处理器,完成了三单元级联逆变器的载波移相控制实验.实验结果表明,本算法程序简洁,占用资源少,实时性强.
【总页数】5页(P21-25)
【作者】朱凌;刘涛;鲁志平;王毅
【作者单位】华北电力大学,电气工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学,电气工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学,电气工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学,电气工程学院,河北,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.基于DSP的两电平SVPWM实现方法研究 [J], 李二虎;任传庆;井雷科
2.基于DSPs的SPWM波调制方法的实现 [J], 王成;叶天晓;张峰
3.两种基于DSP的SVPWM波形实现方法 [J], 李瑾;吕树清;陈显彪;
4.两种基于DSP的SVPWM波形实现方法 [J], 李瑾;吕树清;陈显彪
5.基于DSP与FPGA的MMC载波移相调制SPWM方法实现 [J], 王鹏
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载波水平移相SPWM控制器的研究
载波水平移相SPWM控制器的研究陈干;苟锐锋;刘宁;何岸【摘要】级联多电平拓扑结构广泛用于高压变频调速、无功补偿以及电气化铁路牵引等众多领域,本文对基于此类拓扑结构的载波水平移相SPWM调制控制技术进行了Matlab仿真分析,验证了载波水平移相SPWM调制方法的可行性以及理论分析的正确性.在此基础上应用FPGA器件及其开发环境通过软件编程实现载波水平移相SPWM波形生成,进而设计了三相级联载波水平移相SPWM控制器,并通过代码仿真验证了本方案的可行性.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P49-52,58)【关键词】载波水平移相;FPGA;逆变器;SPWM【作者】陈干;苟锐锋;刘宁;何岸【作者单位】西安西电电力系统有限公司,西安710065;西安西电电力系统有限公司,西安710065;西安西电电力系统有限公司,西安710065;西安西电电力系统有限公司,西安710065【正文语种】中文基于多载波的 SPWM技术是多电平变换器较常用的调制策略之一，是两电平SPWM技术在多电平变换器中的直接拓展［1］。
目前实现多载波 SPWM一般采用载波水平移相（Phase Shifted SPWM，PS-SPWM）和载波垂直移相（LevelShifted SPWM，LS-SPWM）两种技术，前者由于具有等效开关频率高、输出电压谐波含量小、信号传输带宽较大以及控制方法简便等优良特性而广泛应用在级联H桥多电平变流器中。
生成 SPWM脉宽调制波有多种方法，从采用HEF4752、MA818等专用SPWM芯片到单片机或数字信号处理器等，但是随着各种新型SPWM技术的发展对控制芯片提出的更高要求，特别是基于多载波的SPWM技术需要同时输出多路PWM 波，数字信号处理器芯片最多只能产生 12路，不能满足要求。
FPGA器件处理复杂时序和组合逻辑功能强大，具有现场可编程、代码通用性好、易于扩展等特点［2］，对于实现多载波SPWM调制波比较适合。
模块组合多电平变换器的研究综述
模块组合多电平变换器的研究综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，多电平变换器作为一种高效、可靠的电力转换方式，在能源转换、电机驱动、电网接入等多个领域得到了广泛应用。
其中，模块组合多电平变换器因其模块化设计、易于扩展和维护等优点，受到了广泛关注。
本文旨在对模块组合多电平变换器的研究进行全面的综述，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考。
本文将介绍模块组合多电平变换器的基本原理和分类，包括其基本结构、工作原理以及常见的拓扑结构。
在此基础上，将重点分析模块组合多电平变换器的性能特点，如输出电压波形质量、效率、动态响应等，以及其在不同应用场合中的优势和局限性。
本文将综述模块组合多电平变换器的关键控制技术，包括调制策略、均压策略、故障诊断与容错控制等。
这些控制技术对于提高变换器的性能、稳定性和可靠性具有重要意义。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在为相关研究人员提供有关模块组合多电平变换器控制技术的全面认识。
本文将展望模块组合多电平变换器的研究趋势和前景。
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，模块组合多电平变换器将面临更多的应用需求和挑战。
本文将对未来的研究方向和潜在的应用领域进行探讨，以期为相关领域的研究和发展提供有益的启示。
二、多电平变换器的基本原理与分类多电平变换器是一种电力电子装置，其核心思想是通过产生多个不同的直流或交流电平，以实现对输出电压或电流的精细控制。
这种变换器在高压大功率应用场合中特别受欢迎，因为它能有效减少开关过程中的电压和电流应力，从而降低开关损耗，提高整体系统效率。
多电平变换器的基本原理在于利用多个独立或相互关联的电压源或电流源，生成多个不同的电平。
通过合适的控制策略，这些电平可以被有效地组合和切换，从而实现对输出电压或电流的精确控制。
与传统的两电平变换器相比，多电平变换器在电压和电流波形上更为平滑，产生的谐波分量更少，对电网的污染也更小。
中性点钳位型（NPC）：NPC多电平变换器通过在直流侧引入多个电容器，并将它们与开关管相连，形成多个电平。
模块化多电平换流器的均压优化控制仿真研究
模块化多电平换流器的均压优化控制仿真研究摘要本文主要对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC) 中的均压优化控制进行的研究，整个模块化多电平换流器仿真需要将输入的三相交流电转化为直流电，并且各个子模块电压差值需要尽量的小，从而保证整个系统能够稳定运行，对载波移相脉宽调制策略进行推导与改进，使得模块化多电平换流器能够在更短的时间内稳定，且子模块电容电压在合理的控制中保持均衡。
仿真实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。
关键词模块化多电平换流器；子模块均压；载波移相脉宽调制Simulation Study on Optimal Voltage Equalization Control ofModular Multi-level ConverterZ5号宋体oufucheng Daipanyang(Aba Teachers University,Si chuan Wenchuan,China )Abstract This paper mainly studies the voltage optimizationcontrol in Modular Multilevel Converter. The whole modular multi-level converter simulation needs to convert the input three-phase AC into DC, and the voltage difference between each sub-module needs to be assmall as possible. Thus, the whole system can run stably, and the strategy of carrier phase-shifted PWM is deduced and improved, so that the modular multi-level converter can be stable in a shorter time, andthe capacitance voltage of the sub-modules can be balanced in a reasonable control.The simulation experiment results prove the correctness and feasibility of the proposed method.keywords MMC; sub-module voltage equalizer; carrier phase shift PWM引言随着西电东送工程的实施，电能的损耗也随着高压长距离输电不断增大，从而使得直流输电在电力传输中脱颖而出。
级联多电平逆变器载波移相调制法的优化研究
级联多电平逆变器载波移相调制法的优化研究
郑征;闫飞;邹瑾
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2014(40)1
【摘要】针对传统级联高压变频器载波移相调制方法存在开关损耗大、直流电压利用率低等问题,及载波移相与矢量控制相结合的调制方法存在计算量大、计算繁琐、不易实现的问题,提出了级联多电平逆变器的优化控制方法——调制信号叠加零序分量法和两相控制法.该方法采用基于控制自由度组合的思想,通过向调制波中注入零序分量、直流分量等自由度来提高直流电压利用率、减小开关损耗.仿真结果验证了该方法的可行性.
【总页数】5页(P75-79)
【作者】郑征;闫飞;邹瑾
【作者单位】河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作454003;希望森兰科技股份有限公司,四川成都610207;剑桥大学电力工程系,英国剑桥
【正文语种】中文
【中图分类】TD612
【相关文献】
1.基于载波移相SPWM的级联多电平逆变器输出特性研究 [J], 陶文俊
2.级联式多电平逆变器三角载波移相控制的研究 [J], 丁伟;欧阳红林;朱思国;龙庆文
3.级联H桥变换器的优化载波移相SPWM方法 [J], 粟忠来;杨勇;杨波;魏中伟;王珂;杨波涛
4.应用于级联多电平变流器的非均匀载波移相方法研究 [J], 黄全振;郭新军;张洋;黄明明
5.多电平逆变器通用简化空间矢量调制法 [J], 郑宏;黄俊;王哲禹;张云
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《2024年模块组合多电平变换器(MMC)研究》范文
《模块组合多电平变换器（MMC）研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，高压大功率的电力变换系统在可再生能源并网、智能电网、大功率电机驱动等领域的应用越来越广泛。
模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的高压大功率变换器拓扑结构，具有高可靠性、高效率、高灵活性等优点，成为当前电力电子领域研究的热点之一。
本文旨在探讨MMC的工作原理、控制策略以及应用现状，并对其未来的发展趋势进行展望。
二、MMC的工作原理MMC是一种基于模块化设计的多电平变换器，其基本思想是将整个变换器划分为多个子模块，每个子模块都包含一个电力半导体开关和相应的储能元件。
通过控制子模块的开关状态和投切顺序，实现多电平输出，从而获得更高的电压和功率等级。
具体而言，MMC由多个相单元组成，每个相单元包含多个子模块和一个串联的电感。
子模块通常由一个全桥或半桥电路和一个电容组成，通过控制桥臂上的开关器件，可以实现子模块的投切和电容的充放电。
在MMC中，通过控制每个相单元中子模块的投切数量和投切顺序，可以实现多电平输出，从而获得更高的电压和功率等级。
三、MMC的控制策略MMC的控制策略主要包括调制策略和环流控制策略。
调制策略是指如何将直流电源的电压转换为交流电源的多电平电压波形，通常采用最近电平调制（NLM）或特定谐波消除调制（SHEM）等方法。
环流控制策略是指如何抑制MMC中的环流，防止因环流过大而导致系统故障或损坏。
为了实现良好的控制效果，需要采用数字化控制技术对MMC进行实时监控和控制。
通常采用高性能的数字信号处理器（DSP）或现场可编程门阵列（FPGA）等设备，实现对MMC中每个子模块的开关状态进行精确控制。
此外，还需要采用适当的通信协议和控制系统网络架构，实现各个子模块之间的协调和同步。
四、MMC的应用现状MMC作为一种新型的高压大功率变换器拓扑结构，已经在可再生能源并网、智能电网、大功率电机驱动等领域得到广泛应用。
在可再生能源并网方面，MMC可以用于风力发电、太阳能发电等领域的并网逆变器，实现高效、可靠的能量转换和传输。
适用于模块化多电平换流器调制策略的比较性分析
适用于模块化多电平换流器调制策略的比较性分析模块化多电平换流器（MMC）这种新型拓扑结构的出现极大地促进了柔性直流输电的发展，作为其关键技术之一的调制策略的选择至关重要。
本文首先介绍了MMC的工作原理，其次对于两种常用的适于模块化多电平的调制策略进行详尽的分析，最后比较最近电平与载波移相调制策略的优缺点，为MMC调制策略的选择提供了理论依据。
关键字：MMC；最近电平逼近；载波移相0 引言模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种级联型的变换器具有独特的结构和技术优势，其自身结构简单、高度模块化，扩容能力强，良好冗余性及较低的输出谐波等优点成为新一代柔性直流输电技术的核心设备。
MMC调制策略是直接影响MMC 性能的关键指标之一，其选择至关重要。
目前，可用于MMC 调制的策略主要有最近电平调制、载波移相脉宽调制、载波层叠脉宽调制、阶梯波调制、空间矢量脉宽调制等调制策略，其中较为广泛应用的是最近电平调制和载波移相脉宽调制[2-4]。
1 MMC的基本原理MMC由具有相同结构的三个相单元组成，每相含有上、下两个桥臂，N 个级联的子模块（SM）和一个电抗器串联而成构成一个桥臂单元，SM由两个IGBT、两个反并联二极管和一个电容器构成[1]。
MMC子模块共有三种工作模式，假设S1与S2分别表示两个IGBT的开关状态，定义S1=1表示高电平导通，S2=0表示低电平截止，S2的开关状态定义与S1相同。
当S1=1且S2=0时，子模块处于投入模式，此时，根据子模块电流ism方向的不同可以充电，也可以放电；当S1=0且S2=1时，子模块处于切除模式，此时子模块被旁路，电容电压保持恒定，不充电也不放电；当S1=0且S2=0時，子模块处于闭锁模式，此时子模块的工作状态一般是子模块电容器在故障时被旁路，或者用在启动MMC时对子模块电容器预充电。
2 MMC的调制策略2.1 最近电平逼近调制最近电平逼近（Nearest V oltage Level Modulation，NLM）方法是近期研究较为常用的一种适用于MMC调制控制的方法。
基于载波移相的MMC控制策略研究及仿真
基于载波移相的MMC控制策略研究及仿真赵葆涵;侯风南;杨斌【摘要】模块化多电平变换器(MMC)是一种结构独特的多电平变换器,相对于传统多电平变换器,其结构简单且高度模块化、输出灵活、谐波畸变率较小,因此成为大电压高功率场合的研究热点.由于MMC的调制技术和电容电压均衡是其稳定运行的基础和关键,因此研究分析了MMC的拓扑结构和工作原理,学习了载波移相调制技术(Carrier Phase-Shifted SPWM,CPS-SPWM)的原理,并提出将载波移相调制和子模块电压均衡控制相结合的控制策略.在Matlab/Simulink里搭建了基于载波移相调制和子模块电容电压均衡控制的三相MMC仿真模型,结果验证了研究提出的控制策略在MMC中等效开关频率较高,输出电压谐波特性良好,可以很好地控制电容电压波动,是一种适合MMC的控制策略.【期刊名称】《电力学报》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】7页(P86-92)【关键词】模块化多电平变换器;控制策略;载波移相调制;电容电压均衡【作者】赵葆涵;侯风南;杨斌【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443000;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443000;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443000【正文语种】中文【中图分类】TM46有学者在2002年提出模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑结构，近年来，MMC在高压直流输电和电能质量控制等领域有着显著的竞争优势[1-5]。
MMC相对于传统多电平变换器的最大不同是模块化的拓扑，这种拓扑结构赋予了MMC可以灵活运用的优点，MMC通过子模块的开通和关闭可以将不同数量的子模块叠加到输出电压。
每个子模块都包含着全控型开关器件的半桥和直流电容，所有子模块共用一条直流母线。
这种由高度一致的子模块组成的结构，可以很方便地进行拓展，实现冗余化设计,具有整流和逆变两种功能，使MMC在电压源型高压输电系统(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)中有很大的应用前景[6]。
模块化多电平功率变换器建模与控制
模块化多电平功率变换器建模与控制武卫强;王立宝;邵文权;程远【摘要】When the modular multilevel converter works,the capacitor voltage of each sub-module can not always be balanced,and the equal voltage control of the submodules is a pre-requisite for ensuring the normal operation of the system.In order to solve the problem of un-balanced capacitor voltage of MMC sub-module,the modulating strategy of carrier phase shift and the bubble sort algorithm are adopted to control the capacitor voltage of MMC sub-module effectively.Finally the simulation model of MMC is set up by MATLAB,and the simulation re-sults verify the validity of the theoretical analysis and the effectiveness of the control strategy.%子模块均压控制是保证系统正常运行的前提,而模块化多电平变换器(MMC,modular multilevel converter)工作时各子模块电容电压不能时刻保持均衡.为了解决此问题,文中采用载波移相的调制策略以及冒泡排序算法对MMC子模块电容电压进行有效控制,使其达到均衡.最后通过MATLAB搭建了MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.【期刊名称】《西安工程大学学报》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】6页(P210-215)【关键词】模块化多电平变换器;子模块;电压均衡【作者】武卫强;王立宝;邵文权;程远【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言由于器件耐压等级与功率等级的限制,传统方式是采用器件的串并联来满足电力电子设备对高压大功率的需求.但是,器件的串并联存在动静态的均压与均流问题,使控制方法变得相当复杂,因此出现了多电平技术.多电平技术通过改变自身拓扑来实现高压大功率输出,具有输出电平数多、电压等级高且可变以及输出波形质量高等优势.2001年,德国学者 Marquardt R与Lesnicar A共同提出MMC拓扑结构.MMC不仅具有多电平技术的优点,还具有其他优势[1],例如交流侧无需滤波装置、输出波形谐波含量小且可扩展性强等.因此,国内外将这一技术应用于工程实践[2],如高压直流输电、新能源并网、高压电机驱动等.但是,MMC自身也存在子模块电容电压不均衡、相间环流等问题.目前,国内外的研究主要集中于MMC子模块电容电压均衡控制与环流抑制等方面.文献 [3-6]针对MMC子模块电压不均衡问题采取了不同的均压控制措施;文献[7-12]对MMC桥臂环流产生的原因、谐波性质、环流对系统造成的危害及抑制手段等方面作了研究.本文依据MMC单相等值电路建立数学模型,并由此得出子模块电容电压中存在二倍频波动分量,相间环流呈负序性质.为了解决MMC子模块电容电压不均衡问题,设计基于冒泡排序算法的载波移相调制策略.在MATLAB中搭建MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制策略的有效性.1 MMC基本拓扑与数学建模图1(a)为MMC主拓扑结构,三相共六个桥臂,每个桥臂都由n个结构相同的子模块级联而成,每个桥臂串联一个电抗器L0.iuj，idj(j=a,b,c)分别为上下桥臂电流,Ud，Id为直流侧电压与电流.图1(b)为子模块拓扑,VT1，VT2代表IGBT,VD1，VD2为反并联二极管,C为子模块储能电容,Uc子模块电容电压,U为子模块端口电压,A、B 端为子模块输出端,用于各子模块相互级联.通过控制VT1，VT2开通与关断使子模块工作于投入与切除状态.(a) 主拓扑 (b) 子模块拓扑图 1 MMC拓扑Fig.1 MMC topologies图 2 单相等值电路Fig.2 Single-phase equivalent circuit依据图1建立MMC单相等值电路模型,如图2所示．将上、下桥臂总电压等效为可控电压源u1和u2.通过该等值电路建立数学模型.首先定义电压调制比k与电流调制比m为[13-14](1)式中，u为交流侧相电压有效值，i为交流侧线电流有效值.以A相为例,对其上下桥臂建立KVL与KCL方程为(2)式中：ω0为基波角频率,φ为初相角.定义上下桥臂开关函数为(3)由式(2)和(3)可得A相上下桥臂子模块电容电压纹波方程为(4)式：u1,u2分别为上下桥臂子模块电容电压；C是子模块电容值．式(4)表明,MMC 运行中,子模块电容电压会出现二倍频波动分量,该二倍频分量会导致MMC相间电压不均衡引起相间二倍频环流,且呈负序性质[9].2 控制策略MMC相单元桥臂采用半桥模块串联结构,随着子模块数量的增加,控制难度也相应增大.目前,模块化多电平变换器在小功率场合应用的调制策略[15-18]有载波层叠、载波移相、空间矢量控制.大功率应用场合有特定谐波消去法、空间矢量控制、最近电平逼近控制[19].为了达到相单元总电压与直流侧电压相同以及子模块电容电压均衡的目的,本文在载波移相脉宽调制方法的基础上应用冒泡排序算法,控制原理如图3所示.对交流侧电压vabc与电流iabc采样,通过3/2“等功率”坐标变换[20]得到交流侧电压和电流有功分量vd，id和无功分量vq，iq,将id,iq分别与其参考值idref，iqref进行比较,所得差值经PI环节输出系统的调制波形,调制波与多个载波相比较得到桥臂所需投入子模块数NU,将NU与子模块电容电压排序编号进行比较,比较结果与输出电流方向共同决定了子模块的投切运行状态.图 3 控制原理Fig.3 Control schematic子模块电容电压均衡控制分为3步：首先,采集桥臂电流与各子模块电容电压值，按照电容电压大小进行2组排序,一组为升序排序,将其排序结果记为0状态，一组为降序排序,将其排序结果记为1状态;其次,根据桥臂电流流向选择排序状态.当电流方向与参考方向一致,选择0状态,使电容电压较低的子模块优先充电;当电流方向与参考方向相反,选择1状态,电容电压较大的子模块优先放电;最后,将每个子模块电压值在该序列的排序结果记为Index,其中第i个子模块电压值经排序后的编号记为Index(i),将当前桥臂所需投入子模块数NU与Index(i)经过比较环节得到第i个子模块的投切状态.3 仿真研究为了验证理论分析与数学建模的正确性,以及调制策略的有效性,本文在MATLAB 中搭建了MMC仿真模型.使MMC工作在整流状态,选取桥臂子模块数n=4,相单元子模块电容电压额定值为2.5 kV,子模块电容C0=0.01 F,桥臂电感L0=2 mH,交流侧输入电压为4 kV,所搭模型如图4所示.图4(a)图为MMC主电路,图4(b)为MMC子模块,S1～S6为6个桥臂,每个桥臂都由4个子模块构成.(a) 主电路 (b) 子模块图 4 MMC仿真模型Fig.4 MMC simulation model图5为MMC整流电路直流侧电压波形.在0～0.08 s内系统达到了稳定状态,直流侧输出电压值稳定在10 kV,稳定后的误差值小于±0.25%,电压实际值能快速、准确跟踪参考值,证明闭环控制策略设计合理.图 5 直流侧电压图图 6 A相上桥臂子模块电容电压 Fig.5 DC side voltage Fig.6 A-phase bridge arm sub-module capacitor voltage 图6为A相上桥臂4个子模块电容电压波形.由图6可知,在0～0.5 s内MMC相单元4个子模块电容电压均稳定维持在参考值2 500 V,每个子模块电容电压误差值均小于±4%.证明本文所采用的冒泡排序算法均压效果良好.MMC在正常工作状态下,由于子模块电容电压存在二倍频电压波动分量,会造成相间二倍频环流问题,图7为MMC相间二倍频环流幅值仿真波形,系统稳定运行状态下,相间二倍频环流幅值为25 A,该二倍频环流在三相桥臂间流动,对外部交流系统不产生影响,环流的存在会造成系统损耗增加.图 7 相间二倍频环流图 8 基波与二倍频谐波相位 Fig.7 Circulating current with double frequency Fig.8 Phase of fundamental wave and double harmonic wave图8为MMC相单元桥臂电流相位关系,图8(a)为三相基波电流相位,图8(b)为三相二倍频环流相位.由图8(a)可知系统稳定后,由上至下A,B,C三相桥臂基波电流互差120°.由图8(b)可知系统在稳定后,由上至下三相环流的相位关系由图8(a)的A,B,C 变为图8(b)的A,C,B,且三相之间互差120°.4 结束语利用MMC单相等值电路建立其数学模型,由数学模型分析出MMC相间含有二倍频环流且呈负序性质,通过仿真实验验证了理论分析的正确性．针对MMC工作过程中子模块电容电压不均衡现象,设计了基于冒泡排序算法的载波移相调制策略,仿真结果表明本文所设计的控制策略是有效可行的,具有一定的工程实用价值．参考文献(References)：[1] MARQUARDT R,LESNICAR A.New concept for high voltage-modular multilevel converter[C]//Proceedings of the 34th IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference.Acapulco:IEEE,2003:20-25.[2] 杨晓峰,郑琼林,薛尧,等.模块化多电平换流器的拓扑和工业应用综述[J].电网技术,2016,40(1):1-10.YANG X F,ZHENG Q L,XUE Y,et al.Review on topology and industry applications of modular multilevel converter[J].Power System Technology,2016,4(1):1-10.[3] 陈耀军,陈柏超,袁佳歆,等.模块化多电平逆变器电容电压及环流控制[J].电工技术学报,2014,29(10):166-174.CHEN Y J,CHEN B C,YUAN J X,et al.The control of capacitor voltages and circulating currents of the modular multilevel inverter[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2014,29(10):166-174.[4] 陈耀军,陈柏超,钟炎平,等.模块化多电平变换器全电平产生原理及电容均压策略[J].电力系统自动化,2015,39(23):126-131.CHEN Y J,CHEN B C,ZHONG Y P,et al.Study on full level generation and capacitor voltage balance strategy of the modular multilevelconverter[J].Automation of Electric Power Systems,2015,39(23):126-131.[5] 罗永捷,李子欣,李耀华,等.一种模块化多电平换流器分布式均压控制策略[J].电源学报,2015,13(6):77-83.LUO Y J,LI Z X,LI Y H,et al.A distributed control method for voltage balancing in modular multilevel converters[J].Journal of 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载波相移级联H桥型多电平变流器及其在有源电力滤波器中的应用研究
载波相移级联H桥型多电平变流器及其在有源电力滤波器中的应用研究一、概述随着现代电力电子技术的快速发展，高压大功率应用中的多电平变流器技术日益受到关注。
特别地，载波相移级联H桥型多电平变流器因其独特的拓扑结构和控制策略，在电能质量改善、电网谐波抑制以及新能源并网等方面展现出广泛的应用前景。
该技术不仅结合了载波相移技术和级联H桥型多电平变流器的优势，还通过低次谐波的相互抵消实现了较高等效开关频率的效果，从而提高了电能质量和系统的动态响应能力。
载波相移级联H桥型多电平变流器的基本原理在于，通过多个H 桥级联，并采用载波相移技术，使各H桥输出波形在时间上错开，从而实现多电平输出。
这种拓扑结构不仅简化了电路设计，而且提高了系统的传输频带宽和动态响应能力。
同时，通过优化调制策略，可以进一步降低谐波含量，提高电能质量。
在有源电力滤波器中的应用中，载波相移级联H桥型多电平变流器发挥了重要作用。
有源电力滤波器是一种用于动态补偿电网谐波和无功功率的电力电子设备，其关键在于快速准确地检测电网中的谐波和无功电流，并产生相应的补偿电流。
通过将载波相移级联H桥型多电平变流器应用于有源电力滤波器中，可以实现对电网谐波的高效补偿，提高电能质量，为电力系统的稳定运行和新能源的并网提供有力支持。
本文将对载波相移级联H桥型多电平变流器的基本原理、拓扑结构、控制策略以及在有源电力滤波器中的应用进行深入研究。
通过仿真和实验验证，探讨该变流器在高压大功率应用中的优势，以及其在改善电能质量、抑制电网谐波和新能源并网等方面的实际应用效果。
本文的研究不仅为载波相移级联H桥型多电平变流器在有源电力滤波器中的应用提供了理论依据和实践指导，也为高压大功率电力电子技术的发展和新能源的应用推广提供了有益的参考。
1. 研究背景与意义随着电力电子技术的快速发展，大功率电力电子变流装置在电力系统中得到了广泛的应用，如大容量电机驱动、交直流电力传输等场合。
在大功率电力电子变流装置的实现过程中，大功率器件的工作频率较低成为了一个限制因素，使得一些优秀的调制技术如PWM技术等无法得到有效应用。
应用于模块化多电平矩阵变换器的新型载波移相调制方法[发明专利]
![应用于模块化多电平矩阵变换器的新型载波移相调制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/04246f06f8c75fbfc67db225.png)
专利名称：应用于模块化多电平矩阵变换器的新型载波移相调制方法
专利类型：发明专利
发明人：程启明,马信乔,江畅,赵淼圳,程尹曼
申请号：CN201911106335.0
申请日：20191113
公开号：CN110829871A
公开日：
20200221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了应用于模块化多电平矩阵变换器的新型载波移相调制方法，主要针对传统载波移相调制在MMMC模块数为偶数时的缺陷而提出的新型载波移相调制。
在传统载波移相调制策略的基础上，由原来1个控制信号与1条三角载波的调制改变为由1个控制信号和2条三角载波的调制，并且这2条三角载波的移相为T/(2k)，其中T为三角载波的周期，k为桥臂上H桥子模块数；然后对所得2条触发信号先进行求和；再进行sing符号运算；最后将所得的触发信号用来控制H桥子模块的4个IGBT，从而实现桥臂H桥子模块输出电压情况两两互异，以扩展桥臂H桥子模块总输出电平数。
本发明方法能有效提高MMMC的输出电压、电流效果，且能在一定程度上减少桥臂上H桥子模块的使用。
申请人：上海电力大学
地址：200090 上海市杨浦区平凉路2103号
国籍：CN
代理机构：南京禹为知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：吴肖敏
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混合型模块化多电平换流器的改进载波移相控制策略
混合型模块化多电平换流器的改进载波移相控制策略夏向阳;邓丰;邱欣;曾小勇;谭黎军;孟科;邱靖;龚芬;肖辉;汤赐【摘要】基于半桥子模块和全桥子模块组成的子模块混合型模块化多电平换流器桥臂不仅具备直流侧故障自愈能力,而且具有更高的设备利用率和更低的功率损耗特性,提出一种适用于换流器输出电平数较少的该类子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的改进载波移相控制策略.该控制策略将载波移相调制和基于排序的传统子模块电容电压均衡方法相结合,采用附加控制器维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,并在PSCAD/EMTDC中搭建子模块混合型MMC仿真模型.研究结果表明:所提出的改进载波移相控制策略是可行和有效的,采用附加控制器可维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,有效避免最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)应用于电平数较少换流器带来的谐波问题,提高波形质量,适用于子模块数量较少的低电压场合.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)011【总页数】8页(P2886-2893)【关键词】模块化多电平换流器;子模块混合型;载波移相;直流侧故障;电容电压平衡【作者】夏向阳;邓丰;邱欣;曾小勇;谭黎军;孟科;邱靖;龚芬;肖辉;汤赐【作者单位】电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室,湖南长沙,410129;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;中车株洲电力机车研究所有限公司,湖南株洲,412001;电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室,湖南长沙,410129;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;特变电工衡阳变压器有限公司,湖南衡阳,421007;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;中车株洲电力机车研究所有限公司,湖南株洲,412001;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410014【正文语种】中文【中图分类】TM72模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)在柔性直流输电的换流器中应用越来越广泛[1−4]。
基于载波重构的CHB多电平逆变器的功率均衡方法
基于载波重构的CHB多电平逆变器的功率均衡方法
耿占权;邢玥
【期刊名称】《兰州理工大学学报》
【年(卷),期】2024(50)1
【摘要】针对级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)九电平逆变器在传统载波移幅调制下四个单元输出功率不均衡的弊端,提出了一种基于载波重构改进的功率均衡策略,该策略可以有效减少载波数量,通过二次功率均衡处理,实现了级联H桥九电平逆变器四单元间的输出功率均衡.首先通过载波重构方式实现四单元间两两功率均衡,再通过对开关管的驱动信号进行1/4周期逻辑互换后得到开关管的实际驱动信号,从而实现全调制度下全单元功率均衡.仿真和实验结果表明,该策略能够在有效减少载波数量的基础上实现四个级联H桥单元的功率均衡.
【总页数】6页(P90-95)
【作者】耿占权;邢玥
【作者单位】中国中铁电气化局集团有限公司城铁公司;中国中铁电气化局集团有限公司设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.基于载波重构的级联逆变器功率均衡调制策略
2.基于直流侧电压不均衡的CHB 多电平逆变器SHEPWM控制技术
3.CHB逆变器移幅载波调制法及其功率均衡控
制策略4.Ⅱ型不对称CHB多电平逆变器SHEPWM功率均衡控制策略5.一种新型CHB多电平逆变器功率均衡调制策略
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拓扑优化中压级联多电平变换器及MPC设计
拓扑优化中压级联多电平变换器及MPC设计
顾臻;庄葛巍
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2022(56)3
【摘要】级联H桥多电平变换器在中压大功率应用场景需配合使用具有多个二次绕组的移相变压器为每个H桥模块提供独立的直流源,从而存在系统成本较高的问题,对此,提出了一种拓扑优化中压级联多电平变换器及其模型预测控制(MPC)。
新型级联多电平变换拓扑每相只需一个独立直流源,故所需二次绕组数量大为减少,同时每相使用中点箝位(NPC)三电平模块,可将整个系统的复杂度和成本降至最低。
进一步,建立了新变换器的离散时间域数学模型,并引入了MPC完成了直流侧电容电压和输出电流的多目标控制。
利用小功率变换器样机进行了实际测试,实验结果验证了新型级联多电平变换拓扑的优势以及MPC的效果。
【总页数】4页(P85-88)
【作者】顾臻;庄葛巍
【作者单位】国网上海市电力公司电力科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.混合级联多电平变换器拓扑与调制策略研究
2.一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑
3.单相三电平H桥两模块级联变换器的一维均压SVPWM算法
4.级联非对称多电平变换器拓扑分析
5.一种改进的级联型多电平变换器拓扑
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第 11 期
公铮等：基于载波移相调制的模块化多电平变换器变频运行控制
2823
子模块电容电压平衡控制、环流抑制、故障诊断及 保护等方面发表了大量的学术论文[4-19]。到目前为 止，MMC 相关的研究及应用大多集中在高压直流 (high-voltage direct current，HVDC)输电、新能源并 网、无功补偿等工频运行工况[12-17]。若将 MMC 用 作大功率交流电机驱动，相比于级联 H 桥型多电平 变换器，不仅能省去大量体积庞大的隔离变压器， 而且便于实现系统四象限运行。然而，MMC 存在 低频运行时子模块电容电压波动加剧的固有问题， 为确保其作为电机驱动时正常可靠运行，MMC 在 变频工况下的运行控制方法亟待完善。
1 MMC 拓扑结构及数学模型分析
1.1 MMC 拓扑结构 MMC 每相包括上、下两个桥臂和两个抑制环
流的缓冲电感，其中每个桥臂由 N 个子模块直接串 联构成。子模块采用半桥结构，其直流侧电压通过 子模块电容 CSM 支撑，端口 A 和端口 B 用以与主 电路连接。三相 MMC 拓扑结构如图 1 所示。通过 对各子模块中上、下两个开关器件 S1、S2 的控制， 可以将子模块电容投入或切除主电路。当 S1 开通、 S2 关断时，电容投入主电路，子模块工作在投入状 态；当 S1 关断、S2 开通时，电容被旁路，子模块工 作在切除状态。因此，MMC 每个桥臂都可以等效 为独立电压源，当子模块电容电压平衡时，变换器 各相交流侧输出电压电平可通过该相上、下桥臂投 入子模块的数量来拟合。对于各桥臂 N 个子模块的 MMC，根据调制策略不同，其交流侧可输出 N+1 或 2N+1 个电平相电压[11]。 1.2 MMC 数学模型分析
phase-shift; variable frequency; voltage balancing; low switching frequency
摘要：模块化多电平变换器(modular multilevel converter， MMC)工作于低频工况时，子模块电容电压波动加剧导致输 出电压畸变严重，制约了其在中高压大功率变频调速领域中 的应用。针对这一问题，在分析 MMC 数学模型的基础上， 从维持各相上、下桥臂功率动态平衡角度出发，设计一种基 于注入高频共模电压及高频环流的电压波动抑制策略。为降 低功率器件开关频率并减少系统损耗，将载波移相技术应用 于 MMC 变频驱动，分别讨论输出 N+1 和 2N+1 电平相电压 的实现方式。基于载波移相调制，结合低频工况子模块电容 电压波动抑制方法，提出一种变频工况下 MMC 子模块电容 电压控制策略，并设计相应控制系统架构及实现方式。该控 制策略能在变频工况维持子模块电容电压平衡，保证调速过 程中 MMC 和电动机正常平稳运行，并在低开关频率下获得 良好的输出谐波特性。最后，通过搭建 Matlab/Simulink 仿 真及实验样机，验证所提控制策略的正确性和有效性。
GONG Zheng, WU Xiaojie, WANG Zhao, DAI Peng
(School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, Jiangsu Province, China)
用于工频工况的电压平衡方法如排序法等[4-6]， 其目的是动态均衡各子模块电容上的电压，并不能 从本质上解决变频调速低频时电压波动幅度大的 问题，难以直接在低频工况下取得满意效果。因此， 为满足第一点要求，必须针对低频工况设计相应电 压波动抑制方法把子模块电容电压波动控制在允 许的范围内。文献[18-19]均采用高频分量注入方法 来解决这一问题，在低频时提高桥臂功率的波动频 率，有效减小了电容电压的波动幅值，但文献[18] 主要针对固定调制度进行讨论，并未给出变频运行 时该方法的具体实现方式。此外，上述文献所采用 的调制策略均结合排序思想来平衡电容电压，当子 模块数量较多时对电容电压进行实时动态排序会
大大增加控制器负担；同时可能导致功率器件额外 动作，增大功率器件开关频率和系统损耗，不符合 第 2 点要求。
针对以上问题，本文提出基于载波移相调制的 模块化多电平变换器变频运行控制策略。结合第 1 点要求，设计一种通过注入高频共模电压和高频环 流来抑制低频工况电压波动的方法，并基于此方法 提出 MMC 变频运行时子模块电压平衡控制策略， 在电机全速段内将电容电压波动限制在较小范围； 结合第 2 点要求，讨论采用 MMC 载波移相调制时 的两种实现方式，将载波移相调制用于 MMC 变频 运行以降低器件的开关频率，并给出控制系统具体 架构及控制策略实现方式。最后，通过搭建 Matlab/Simulink 仿真模型及 MMC 实验样机对所提 控制策略进行验证。
第 35 卷 第 11 期 2822 2015 年 6 月 5 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.35 No.11 Jun. 5, 2015 ©2015 Chin.Soc.for Elec.Eng.
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.11.021 文章编号：0258-8013 (2015) 11-2822-09 中图分类号：TM 46
ABSTRACT: Applying the modular multilevel converter (MMC) into medium-voltage/high-voltage high-power drive systems is an intrinsically challenging problem because the output voltage distortion is serious when the converter works at low frequency operation, as a result of the sub-module capacitor voltages fluctuations’ aggravation. For this matter, a method of injecting the high frequency common mode voltages and the circulating currents was designed from the perspective of balancing the upper and lower arm powers dynamically based on the analysis of the mathematical model of a MMC. The carrier phase-shift technology was adopted in the drive system to reduce the switching frequency and losses. The implementations to make the phase voltage as N+1 and 2N+1 levels were discussed. By combining the carrier phase-shift modulation and low frequency operation sub-module capacitor voltage restraining method, a voltage control strategy along with its system architecture and implementation were presented for variable frequency operation. The proposed control strategy achieves the goal of balancing voltages in variable frequency operation and makes the MMC and motor work stably. At the same time, a satisfied output harmonic characteristic is acquired at low switching frequency. Finally, the constructed Matlab/Simulink simulation and experimental prototype verify the availability of the proposed control strategy at variable frequency operation.
KEY WORDS: modular multilevel converter (MMC); carrier
基金项目：国家自然科学基金项目(51377160)；江苏省普通高校研 究生科研创新计划项目(KYLX_1384)。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51377160); The Graduate Student Research and Innovation Program of Jiangsu Province (KYLX_1384).
基于载波移相调制的模块化多电平变换器 变频运行控制
Байду номын сангаас
公铮，伍小杰，王钊，戴鹏
(中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏省 徐州市 221008)
Variable Frequency Operation Control of Modular Multilevel Converter Based on Carrier Phase-shift Modulation