当前课程知识点：现代电力电子技术及应用 > 第3章多电平变流器及其在柔性直流输电中的应用 > 3.5 MMC的调制方法——PWM > 3.5 MMC的调制方法——PWM
对于电力电子开关电路
除了上节讲的用阶梯波等效正弦
采用PWM脉冲
也可以等效正弦的作用效果
如果将二者结合起来
就是本节讲的多电平PWM调制
多电平PWM可以通过
提高载波频率获得更完美的谐波特性
图（a）是两电平PWM调制的波形图
根据冲量定理
脉冲宽度按照正弦幅值变化的SPWM波形
作用在惯性负载时
可以获得和正弦类似的电流响应
PWM调制在两电平变频器等工业领域
已获得了广泛应用
但高次谐波和du/dt是其固有缺点
这些问题都会随着电平数的增加而明显改善
上节讲的采用NLM调制方法
输出多电平阶梯波只有在电平数量非常庞大时
才能获得理想的波形效果
因此
在中低压应用领域
采用多电平PWM波是最理想的方案
图（b）是多电平PWM波
可以看出
该输出多电平PWM波逼近正弦参考波的效果
要好于NLM调制
下面分析两种多电平PWM调制思想
PWM调制的基本思路是采用期望输出的参考波
和载波进行比较
获得对应器件的开关状态
而传统的两电平VSC
每相仅需要一个载波
当扩展到子模块数为N的MMC电路时
则需要N个载波
每个子模块均对应1个电平
进而可以产生N+1电平
根据载波的分布情况
多电平PWM调制方式可分为两种
载波重叠调制和载波移相调制
载波重叠的原理图如图（a）所示
各载波分层分布
频率、相位和幅值都相同
任一时刻
只有一个子模块处于PWM调制状态
其余子模块均处于投入或切除状态
载波移相（CPS-PWM）的原理图如图（b）所示
各载波移相分布
幅值都为1
相邻载波之间相位角相差2π/N
各子模块均工作在PWM状态
由于脉冲的移相叠加效果
合成电压波形的PWM脉冲频率
为载波频率的N倍
所以输出电压PWM频率相同的情况下
载波移相PWM调制所用载波频率
是载波层叠PWM调制所用载波频率的1/N
载波移相PWM调制各子模块控制相对独立
只是载波移相角度不同
更易于扩展
而且采用载波频率较低
在MMC中应用更多
下面介绍载波移相PWM调制的具体实现方法
CPS-PWM调制方法中
每个子模块都需要一个三角载波和一个正弦参考波
并将各自的三角载波与参考波比较
得到驱动信号并施加于相应的半桥子模块
当正弦调制波大于三角载波时
开关管T1的触发信号为1
开关管T2的触发信号为0
投入该子模块
反之
开关管T1的触发信号为0
开关管T2的触发信号为1
切除该子模块
当多个子模块共同工作时
便可产生多电平PWM波
而这种调制方下
各子模块电容不存在轮换工作
可能导致电容电压越限
因此需要额外的电容电压均衡算法
下面分析上下桥臂的调制方法
CPS-PWM
仍然可以采用分相、分桥臂的方法来调制
各相调制方法相同
只是参考波互差120°
上下桥臂的调制方法也相似
只是参考波互差180°
每个桥臂由N个子模块级联构成
因此需要N组频率、幅值相同
相位依次错开2π/n角度的
两电平三角载波
与正弦参考信号比较
生成各自子模块的驱动信号
上桥臂输出电压波形的参考信号
载波信号及单元输出波形如图所示
桥臂电压为5电平PWM波形
下桥臂与上桥臂的参考波
相位相差180度
采用N+ 1电平调制时上下桥臂
对应子模块的PWM信号刚好相反
得到的5电平脉冲序列如图所示
上下桥臂输出波形是镜像对称的
但在叠加构成相电压时
根据上、下桥臂载波生成方式的不同
可以产生N+1电平和2N+1电平两种情况
下面分别介绍
N+1电平载波移相调制策略为
上下桥臂的参考波相差π
同一桥臂内
相邻子模块
载波相位依次相差2π/N
上下桥臂对应位置子模块载波相位相差π
任意时刻上下桥臂生成的PWM脉冲信号对称互补
上下桥臂投入子模块数目之和为N
直流侧电压稳定
相间环流较小
交流侧电压的等效脉冲频率为Nfc
(fc为载波频率)
电平数目为N+1
但直流侧电压较为均衡
2N+1电平载波移相调制策略为
上、下桥臂的调制波信号相差π
同一桥臂内
载波相位依次相差2π/N
同一相单元内对应位置功率单元
载波相位差π/N
任意时刻同一相单元内
投入的功率单元模块数目有N、N-1和N+1三种可能
因此直流侧电压波动较大
相单元内环流较大
但交流侧电压等效频率为2Nfc
电平数目为2N+1
输出电压波形谐波特性较好
为了对比NLM和CPS-PWM调制的性能
给出了两种调制方式下的MMC输出电压
电流及谐波的仿真波形
采用载波移相调制方式时
仿真波形为图a所示
每个桥臂有了6个子模块
而图b为NLM调制方式
每个桥臂有14个子模块
此时
两者的谐波含量大小相当
电流相应类似
但CPS-PWM主要包含高次谐波
而NLM主要包含低次谐波
CPS-PWM调制可以用更少的模块数
获得和NLM同样的谐波效果
并且不含有低次谐波
但CPS-PWM的开关频率较高
因此也会带来较高的开关损耗
此外CPS的控制比较复杂
每个子模块均需要比较载波和调制波
并且要准确控制各模块的相位差
而且CPS-PWM调制方式
没有子模块轮换思想
所以还需要额外的环流抑制
和电压均衡策略
控制的复杂程度要高于NLM调制
因此
在NLM无法满足系统谐波要求的时候
才会引入PWM调制
-1.1无功补偿与有源滤波概述
-1.2SVG与APF关键技术
-1.3三相桥式PWM逆变电路
-1.4瞬时功率计算方法
-1.5谐波和无功电流的实时检测
-1.6SVG工作原理及应用
-1.7APF系统控制与仿真
-1.8SVG控制技术与仿真
-第一章习题
-2.1 风力发电技术概述
-2.2 风力发电机组
-2.3 双PWM变流器的运行
-2.4 风力机模型
-2.5 双PWM变流器的数学模型
-2.6 DFIG的数学模型
-2.7 DFIG的控制策略
-2.8 PMSG的数学模型
-2.9 PMSG的控制策略
-第二章习题
-3.1 柔性直流输电系统概述
-3.2 柔性直流输电的拓扑结构
-3.3 子模块的拓扑结构及工作原理
-3.4 MMC的调制方法——NLM
-3.5 MMC的调制方法——PWM
-3.6 MMC-HVDC的建模
-3.7 MMC的谐波分析
-3.8 MMC的均压均流控制
-3.9 柔直换流器的控制系统
-第三章习题
-4.1 蓄电池储能系统概述
-4.2 双向DC-DC变换电路拓扑
-4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
-4.4 双向Buck/Boost变换器工作原理（二）
-4.5 双向Buck/Boost变换器数学模型
-4.6 蓄电池模型
-4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
--4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
-第四章习题
-5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（上）
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（下）
-5.2 双有源桥式变换器拓扑及工作原理
-5.3 双有源桥式变换器最小无功功率控制
-5.4 双有源桥式变换器软开关技术
-5.5 双有源桥式变换器在直流电力电子变压器中的应用
-5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（上）
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（下）
-第五章习题
