模块化多电平变换器调制方法的若干研究

摘 要模块化多电平变换器是一种新型的多电平拓扑，能够对任意电平数进行输出，适用于电压源换流型直流输电场合，得到了人们的广泛应用。但模块化多电平变换器存在着一些问题。文章通过对模块化多电平变换器的原理进行分析，对其基于问题的具体调制方法进行策略研究，旨在充分发挥模块化多电平变换器的功用。

【关键词】模块化多电平变换器 调制方法 策略研究

1 模块化多电平变换器结构、原理

1.1 模块化多电平变换器结构

模块化多电平变换器的结构主要存在两个桥臂，每个桥臂之间接有抑制桥臂间环流的电感L将其进行连接。其中，各个桥臂包含了N个子模块，各个桥臂的子模块包含两个接有反并联二极管的IGBT和一个模块电容。

1.2 模块化多电平变换器的工作原理

模块化多电平变换器在具体的工作时，一般上桥臂投入的模块数量和下桥臂切除的模块数量等同，从而实现上下桥臂之间的模块互补。在具体工作时，当模块化多电平变换器的子模块被切除，其相应的模块电容会停止工作，并在方向阻的阻抗力较大的情况下，开关被看作截止，期间电压不变。

2 模块化多电平变换器的调制方法

2.1 载波层叠的调制策略

载波层叠的调制策略中模块化多电平变换器存在三种工作状态，包括：PWM 状态、投入状态、切除状态三种。其中，每个桥臂模块中只有一个模块进行PWM 状态下的工作，其余的都要进行投入和切除状态的工作。切除状态对应在载波均高于参考波的一周期内，在这种工作状态下，子模块的下管要时刻保持导通，投入状态对应于内载波均低于参考波的一周期，在这种工作状态下，子模块的上管要时刻保持导通，PWM状态对应于内载波会和参考波交叉的一周期，在这种工作状态下，子模块必须以一定的占空比导通。模块化多电平变换器的调制必须要考虑子模块之间的电容以及电压平衡，从而保证工作的正常运行，根据各个桥臂之间的电流方向、电压程度的不同，子模块在三种不同工作状态下会出现充电、放电、旁路的不同情况。

2.2 最近电平逼近调制策略

最近电平逼近调制适用于电平数较多的调制策略，其具体的调制方式如图1所示，模块个数Non由桥臂参考电压Uref除以子模块电容电压Uc，之后将数据通过最近取整或者去尾取整取整获得。

为了平衡，需要根据桥臂、电流电压的具体情况对投入、切除模块的数量进行合理选择和控制。其中，各个子模块的电容和电压的平衡，要求每个开关周期对子模块的电容电压进行排序，当电流处于充电方向的时候，该模块的桥臂电压达到最低状态，投入较少个数的子模块数量，相反，则投入较多的子模块数量。这种方式能够及时、有效的缩小各个子模块之间的电压差，但子模块开关的使用频繁会造成较大的资源损耗，最近电平逼近调制策略的使用能够减少开关的次数使用，从而降低损耗，

2.3 载波移相的调制策略

载波移相的调制结构和H桥型级联结构相似，每个桥臂含有多少个级联的子模块，就需要采用多少组三角载波，（组数和子模块数设置为N），且载波的频率相同，但是相位错开2π/N角度，若将桥臂的参考电压设置为u*arm，各个子模块的参考电压分别为u*i，i=1，2，…，N，其中，桥臂所有子模块的参考电压之和等于桥臂参考电压的N倍。工作原理如图2所示。

3 总结

文章通过简化结构的设定对模块化多电平变换器的工作流程进行了分析，并提出了三种模块化多电平变换器的调制方法，通过分析可以发现改进后的模块化多电平变换器调制策略在输出电压电平数、电平之间电压差值、输出电压的谐波含量等方面具有好的功效。因此，有关技术人员要加强对其调制策略的不断深入研究和探讨，从而有效实现其功能的优势。

参考文献

[1]韦延方，卫志农，孙国强等.适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展[J].高电压技术，2012，38（5）.

[2]杨晓峰，孙浩，支刚等.模块组合型多电平变换器的控制策略[J].北京交通大学学报，2011，35（2）.