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 > 3.4 MMC的调制方法——NLM > 3.4 MMC的调制方法——NLM
电力电子电路
是以开关的形式对电能进行非线性变换
电压型换流器
交流侧只能输出
直流侧已有的各种电平
无法直接输出正弦波
因此
通过叠加已经有的电平产生正弦波
其输出等效正弦的方法有
多电平阶梯波、PWM脉冲列
及二者的结合 多电平PWM波
本节先讲第一种调制方式
最近电平逼近法
（Nearest Level Modulation简称为NLM）
NLM的思想和大家生活中常见的拱桥类似
拱桥上阶梯数目越多
拱桥桥面阶梯的弧线看着就越圆滑
NLM的基本思想是用阶梯波逼近正弦波
这是NLM调制的原理图
输出电压是13电平
从图中可以看出
阶梯波与正弦参考波之间存在误差
因此输出电压具有谐波含量
如果MMC的电平数足够多
产生的多电平阶梯波
就能在微秒级别内逼近正弦波
所以输出交流电压和电流的谐波含量就非常低
实际的高压直流输电工程中
采用NLM调制方式时甚至不用安装滤波器
最近电平逼近（NLM）中的逼近
就体现在取整函数round(x)
为四舍五入取整函数
先计算参考电压除以子模块电容电压
得到的参考电压的标幺值
但是电平数都是整数
所以采用四舍五入函数
选择与参考电压标幺值最接近的电平输出
如0.5Uc 则输出Uc 从图中可看出逼近过程中 参考波和阶梯波的误差范围 保持在子模块电容电压的一半 所以输出电平数目越多 误差就越小 谐波含量也就越低 该图为桥臂子模块数为N=12的MMC 输出电压波形图 可以看出MMC相电压输出N+1个电平 分别是0 ±Uc ±2Uc 一直到 ±（N/2）Uc 在该图中输出的最大电平是±6Uc 总共13个电平 三相桥式MMC电路的各相调制原理相同 而相电压 为上下桥臂电压之差的一半 所以可以按照桥臂分别进行调制 首先应计算出 上、下桥臂投入的子模块数 若上、下桥臂投入的子模块数分别为Np、 Nn 则上、下桥臂的输出电压up和un为 由基尔霍夫定律 相电压为下桥臂电压与上桥臂电压之差的一半 即任一时刻 上下桥臂投入模块的总数为N 即由此可得上、下桥臂投入的子模块数为 若参考电压为 M为幅值调制比 根据上述调制方法 上、下桥臂的输出电压up和un为 相电压为二者之差的一半 由此可得下桥臂电压波形为 上桥臂电压波形为 这个图表示子模块个数 N=6时的上下桥臂电压和相电压波形图 从图上可以看出 任何时刻上下桥臂投入的子模块个数都为N 三相电压较为均衡 有利于减小相间环流 计算桥臂投入子模块数 就需要合理的选择Np个子模块进行投入 以上桥臂为例 电容电压投切流程图如图所示 首先判断Np是否变化 如果没变 就继续投入上次投入的子模块 如果发生变化 就要重新选择子模块投入 这样只在Np发生变化时 重新选择应该投入的子模块 有利于减小开关损耗 当Np变化时 先判断桥臂电流是是否大于0 进而判断当前子模块是该充电还是放电 当桥臂电流ipa≥0时 需要对子模块的电容电压进行升序排序 那么电容电压小的都排在了前面 而UcNp就是阈值 电容电压≤UcNp的Np个子模块都投入 电容电压>UcNp的N-Np个子模块都旁路 让电容电压较小的Np个子模块充电而升高电压 当桥臂电流ipa<0时的情况比较类似 不同的是需要降序排序找出阈值UcNp 优先投入电容电压≥UcNp的Np个子模块放电 电容电压< UcNp的N-Np个子模块旁路 从这个流程图中可以看出 每次充电时优先选择电容电压低的子模块充电 放电则优先放电容电压高的 这样的轮换思想就能防止电容电压越限 为验证NLM调制算法性能 给出了N=14和N=6时的MMC输出电压仿真波形 电压的幅值调制比为0.9 可以看出当子模块数目较多时 交流相电压逼近正弦的效果好 电流的谐波含量也更少 而模块数较少时 电流波形则存在明显的畸变 最后总结NLM调制方式的优缺点 优点有 （1）调制方法简单 IGBT开关次数少 开关损耗小 因为不用像PWM调制 每个采样周期比较载波和调制波的大小 只在Np变化时 重新选择应该投入的子模块 而且不需要控制脉冲宽度 非常适合向高压大功率拓展 （2）子模块数目较多时 波形质量好 因为子模块数目越多 输出电压越能在毫秒甚至微妙级内逼近调制波 （3）投切子模块时的轮换思想 避免电容电压越限 因为优先选择电容电压高的放电 选择电容电压低的充电 但NLM调制也存在缺点 （1）子模块数目少时 阶梯波电压和调制参考波之间的偏差较大 所以输出电压波形的谐波含量高 电流畸变较为严重 （2）存在电容电压波动和环流问题 因为电容电压由于充放电而偏离均值 造成上下桥臂电压及相单元电压不等 这将在相间引起环流 因此NLM调制方式 适用于输出电平数目较多的高压大功率场合 而对于中低压领域 则需要引入PWM调制来改善电流畸变 下一节将介绍基于PWM的MMC调制方法
-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
