隔離型模塊化多電平直流變換器的改進兩電平調制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電氣自動化設備技術領域，具體地，涉及隔離型模塊化多電平直流變 換器的改進兩電平調制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著交流電網規模的擴大，其安全穩定性問題日益突出，且對于分布式能源的分 散性和不穩定特點，直流電網模式可以有效地解決這些問題。
[0003] 模塊化多電平電路由于輸出電壓等級較高，且可擴展性和冗余控制容量大，廣泛 的應用于直流配電網中。能量雙向流動直流變換器是直流配電網中的重要組成部分，雙有 源橋電路作為一種典型的雙向隔離型直流變換器，與模塊化多電平電路相結合構成隔離型 模塊化多電平直流變換器，每個橋臂由n個功率單元串聯一個橋臂電感組成，功率單元的 直流側接模塊電容。
[0004] 然而，由于橋臂電感和模塊電容的存在，容易引起直流回路中直流電流的波動，為 了優化直流電流性能，減小功率單元直流側電容電壓的波動，需要采取相應的硬件或軟件 方面的措施來抑制振湯。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的缺陷，本發明的目的是為隔離型模塊化多電平直流變換器提供一 種改進兩電平調制策略，通過采取相應的控制，減少了直流回路中直流電流的波動，優化了 電流特性，減小功率單元電容電壓的波動，有利于系統的穩定運行。
[0006] 本發明提供一種隔離型模塊化多電平直流變換器的改進兩電平調制方法，該方法 通過改變半個開關周期內較小一段時間內的橋臂輸出，以變壓器一側整體能量均衡環路的 輸出判定改進時間的長短，輸出的正負決定該時間段內橋臂輸出變化，通過比較直流母線 電壓與改進后該相上下橋臂輸出電壓之和，使該相直流電流形成上升、不變、下降的周期性 變換趨勢，由于該改進時間極短，故電流上升和下降變化很小，整體基本保持不變，達到抑 制直流電流波動的目的，從而進一步減小了隔離型模塊化多電平直流變換器子模塊功率單 元直流側電容電壓和變壓器側交流電流的波動。
[0007] 優選的，所述隔離型模塊化多電平直流變換器中，一方面由于隔離變壓器的存在， 變壓器原副邊可以單獨考慮，且分析方法類似，另一方面將該拓撲中的交流環路與直流環 路解耦分析，本發明旨在解決直流回路中直流電流的波動。就原邊而言，將變壓器原邊全部 功率單元的直流側電容電壓的平均彳
其中V。％為原邊橋臂i的第j個模塊的 直流側電容電壓，n為每個橋臂包含模塊數，與單個功率單元模塊直流側額定電容電壓相比 較，經過PI調節器校正后作為輸入直流電流idc;1的給定信號idc;1*，該給定信號idc;1*與實際 信號idc;1比較經調節器校正后輸出信號dp，記Dp= |dp|，Dp為橋臂輸出電壓校正占空比，根 據七的正負決定在（(1-DP)TS~TS)時間段內所有橋臂輸出，其中Ts為半個開關周期，％為 校正占空比。
[0008] 優選的，每半個開關周期內，在（0~（1-DP)Ts)時間內，所有橋臂輸出為額定輸出， 在（(1-Dp)TS~TS)時間內，所有橋臂輸出為校正后的輸出。
[0009] 優選的，所述隔離型模塊化多電平直流變換器包括輸入側直流母線電壓vdc;1、變壓 器原邊四個橋臂31'11^1、31'11^2、31'11^3、31'11^4，每個橋臂由11個串聯子模塊和一個電感構成， 輸入側直流母線電壓Vdc;1、兩個橋臂armpl與armp2構成變壓器原邊第一個直流回路，其直 流電流為izu;輸入側直流母線電壓Vdc;1、另外兩個橋臂armp3與armp4構成變壓器原邊第二 個直流回路，其直流電流為izv;變壓器副邊電路結構與原邊相同，輸出直流端接負載；所述 隔離型模塊化多電平直流變換器的各個子模塊采用半橋或全橋結構，子模塊的直流側接直 流母線電容。+
[0010] 優選的，所述隔離型模塊化多電平直流變換器的電路拓撲為單相結構或三相結 構，所述三相結構是指變壓器原副邊分別由六個橋臂構成，中間通過一個三相隔離型變壓 器連接，所述的隔離型模塊化多電平直流變換器的改進兩電平調制對于由隔離型模塊化多 電平直流變換器所擴展到的全部單相和三相電路同樣適用，即所述的隔離型模塊化多電平 直流變換器的改進兩電平調制適用于原副邊分別至少包含四個橋臂的隔離型模塊化多電 平直流變換器。
[0011] 本發明的一種隔離型模塊化多電平直流變換器的改進兩電平調制方法，通過采用 改進橋臂輸出的方法既減小了電路中直流電流分量和模塊電容電壓的波動，有利于系統的 穩定運行；同時，保證交流側為兩電平方波，使單移相控制仍然可以用于該電路。
[0012] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0013] 本發明的隔離型模塊化多電平直流變換器的改進兩電平調制，能夠減小直流電流 和模塊電容電壓的波動，提高了系統的穩態性能；同時由于高頻隔離變壓器的存在，本發明 為針對直流電流的波動問題的一種解決方案，故原副邊可以單獨考慮，互不影響。
【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0015] 圖1為本發明的隔離型模塊化多電平直流變換器拓撲；
[0016] 圖2本發明的傳統兩電平調制原理；
[0017] 圖3本發明的改進兩電平調制原理；
[0018] 圖4本發明的改進兩電平調制策略的流程圖；
[0019] 圖5本發明的改進前與改進后直流電流的MATLAB仿真效果。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0021] 本發明提供一種隔離型模塊化多電平直流變換器的改進兩電平調制方法，所述調 制方法在傳統的隔離型模塊化多電平直流變換器單移相調制的基礎上，將所述隔離型模塊 化多電平直流變換器每個子模塊串聯橋臂作為一個整體，在半個開關周期內，同時改變變 壓器一側所有橋臂在一小段時間（(1-DP)TS~TS)內的輸出，通過比較直流母線電壓乂^與 改進后該相上下橋臂輸出電壓之和，使該相直流電流形成上升、不變、下降的周期性變換趨 勢，其中Ts為半個開關周期，％為校正占空比。
[0022] 如圖1所示，為本發明一實施例的隔離型模塊化多電平直流變換器的電路拓撲， 它由原副邊兩個單相模塊化多電平電路通過一個高頻隔離變壓器采用背靠背結構組成，每 個橋臂由n個H橋串聯一個橋臂電感組成，原邊橋臂i的第j個模塊單元的直流電容電壓 記為v。％。原副邊共8個橋臂，上下兩個橋臂構成一相，即原副邊共四相，分別記為u、v、a、 b相。根據模塊化多電平電路的對稱性結構，變壓器同側的橋臂電感值相等。該電路拓撲變 壓器兩側各包含兩個交流環和兩個直流環，交流環路由交流電壓與兩個橋臂構成，直流環 由直流電壓源與兩個橋臂構成，每個橋臂既構成交流環同時構成直流環。Vdc;1為輸入直流母 線電壓，Vdc;2為輸出電壓，izu、izv、iza、izb分別為四相橋臂直流電流分量，i^和idc;2分別為 輸入、輸出直流電流，變壓器側原副邊電壓分別為vac;1、\。2。該拓撲的兩電平調制原理類似 于傳統的雙有源橋電路的單移相控制，如圖2所示，vacl、vac;2為高頻交流方波，0為vacl 與\。2之間的相角差，通過調節0可以改進輸出功率的幅值和傳輸方向。
[0023] 對于圖