模塊化多電平換流器的載波層疊脈寬調制策略分析與改進

白志紅, 周玉虎

(1. 浙江大學電氣工程學院, 浙江省杭州市 310027; 2. 臺達電子企業管理(上海)有限公司杭州分公司, 浙江省杭州市 310051)

0 引言

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)屬于電壓源型多電平變換器的一種,不僅具備多電平變換器的眾多優點,如高度模塊化結構、開關頻率低、輸出諧波含量低、功率等級擴展容易等,更重要的是它的直流側可直接通過公共直流母線供電,不需要笨重昂貴的移相變壓器,從而系統整體結構更加靈活簡單,應用的電壓/功率等級可隨意擴展[1-2]。目前,MMC已得到國內外學術界的廣泛關注,在高壓直流輸電、電機驅動、可再生能源(如風電)并網等領域有著較大的應用潛力[3-6]。

調制技術是MMC工作的基礎,對MMC的輸出電壓諧波以及電容電壓平衡控制都有直接的影響[6-7]。目前,已有文獻中MMC的調制策略主要有最近電平逼近調制(nearest level modulation,NLM)[8-9]和基于多載波的脈寬調制技術[10],如載波移相脈寬調制(carrier phase-shifted pulse width modulation,CPS-PWM)[11]和載波層疊脈寬調制(carrier level-shifted pulse width modulation,CLS-PWM)[12]。最近電平逼近法利用階梯波瞬時逼近正弦波,比較適合于高壓直流輸電系統等子模塊數量較大的場合。而基于多載波的PWM技術對子模塊數量沒有特別要求,在子模塊數較少的場合如中壓驅動領域等比最近電平調制法更具有優勢。由于采用載波移相調制時,各子模塊工作模式和開關頻率一致,功率均衡分配,因而目前文獻中以應用該類調制為主[11,13-14]。另一方面,采用載波移相脈寬調制時,各子模塊投入工作時間差異大,導致子模塊電容電壓出現嚴重不均衡,系統穩定性難以保證[10]?！?br>