CN110289780A - Mmc分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法 - Google Patents

Mmc分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MMC分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法，采用改变三角载波峰值方法来改变三角载波相位进而实现各个子控制器间三角载波的同步。当主控制器中目标三角载波归零且***需要进行同步时，主控制器通过通信网络向各个子控制器同时发送同步信号；通过改变之后n个周期三角载波频率，使得n个周期后清除计数偏差，实现自身三角载波与目标三角载波的同步和占空比的恒定。本发明的分次同步法在良好的实现各个子控制器三角载波同步的同时，确保不会在三角载波中产生阶跃跳变，也就确保驱动信号中不会产生错误电平，大大降低了同步对于整体***运行的影响。

Description

MMC分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法
技术领域
本发明涉及高压直流输电领域，尤其是MMC分布式控制***中子控制器方法。
背景技术
模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)是一种极有前景的电力电子变流器拓扑，尤其对于高压直流输电领域。模块化多电平变流器的各相由上下两个桥臂构成，每个桥臂由N个子模块与一个桥臂电感串联而成。其通过多个子模块的串联降低各个开关器件所承受的电压并形成多电平的输出，因而当其应用于高压直流输电领域其往往需要大量的子模块。模块化多电平变流器的运行需要对各个子模块分别进行控制，因而当其子模块数量很多时，若依然使用传统集中式控制，***可行性较低。集中式控制采用一个控制器对全部子模块进行控制，当子模块数量较多时，***需要大量光纤，并且此控制器的计算负担十分庞大。因而在子模块数量较多时，模块化多电平变流器***往往采用分布式控制。分布式控制采用一个主控制器与每个子模块对应的子控制器进行控制，主控制器与子控制器通过通信网络相连，同时计算负担也被合理的分散在主控制器与子控制器之间。
由于分布式控制***其采用各个子控制器对子模块进行控制，其较为适合采用载波移相调制方法。载波移相调制方法采用N路相位360/N度的一组三角载波来对调制信号进行调制，各个三角载波公用同一个调制信号，此种调制方式具有低频三角载波频率谐波自清除的能力。在分布式控制***中，往往使得各个子控制器产生对应的三角载波，主控制器将调制信号通过通信网络发送给各个子控制器，各个子控制器将收到的调制信号与自身三角载波信号进行调制并最终产生驱动信号，最终完成载波移相调制。
但由于制作工艺的限制各个晶振的频率间存在微小的偏差，约20ppm。此晶振的偏差会导致各个子控制器产生的三角载波的频率存在微小偏差，进而使得各个子控制器间三角载波的相位不能固定，使得载波移相调制的低频开关谐波自清除能力消失，最终使得整体模块化多电平***不稳定。因而在此***中需要子控制器三角载波的同步。
目前***中使用的同步方法为直接同步法。其通过主控制器通过通信网络以一定的时间间隔产生同步信号，各个子控制器接收到同步信号后立即将自身的三角载波跳变为初始相位值，进而***恢复同步。直接同步法示意图如图1所示。由于直接同步法不可避免的会在同步过程中产生三角载波的跳变，若此次调制信号值正好位于三角载波跳变区域内，则采用数字信号处理器产生驱动信号的子控制器不会产生驱动信号电平的翻转，也即驱动信号产生一次错误的电平。一次驱动信号的错误电平就会导致模块化多电平变流器在运行的过程中产生一次子模块错误接入或切除，进而会导致***桥臂电流与环流出现尖刺，各个子模块电容电压值出现波动，影响***稳定运行。直接同步法同步过程如图2所示。图中从上到下分别为主控制器中的目标三角载波信号、主控制器发出的同步信号以及四个子控制器的四路实际三角载波信号。图中，实际三角载波1,3,4的频率略高于主控制器的目标三角载波，而实际三角载波2的频率略低与目标三角载波。可见当t1时刻，主控制器的目标三角载波归零，主控制器通过通信网络随之产生同步信号，在图中通过同步信号的上升沿表示。当各个子控制器接收到主控制发送来的同步信号后，他们立即将各自的三角载波跳变为初始相位值，图中实际三角载波1～4分别跳变为0、90、180、270度三角载波相位值。进而***恢复同步。显然，在直接同步法同步的过程中实际三角载波1～4均产生了阶跃跳变。
由于直接同步法不可避免的会在同步过程中产生三角载波的阶跃跳变，若此次调制信号正好位于三角载波跳变区域内，则采用数字信号处理器产生驱动信号的子控制器将不会产生驱动信号电平的翻转，也即驱动信号产生一次错误电平。信号产生错误电平的示意图如图3所示。正常情况下当子控制器判断到调制信号与上升的实际三角载波信号相等时，其将驱动信号翻转为高电平，同理当其判断到调制信号与下降的实际三角载波信号相等时，其将驱动信号翻转为低电平。但若调制信号正好越过实际三角载波的阶跃跳变处时，将不会产生实际三角载波与调制信号相等的时刻，因而会错失一次驱动信号的翻转。在图中为此时刻驱动信号未能翻转为高电平，使得图中虚线表示的原本应产生的驱动信号消失，进而导致驱动信号在此周期中完全为低电平。缺失的驱动信号也即为一次错误电平的产生。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种新式分次同步法,在完成子控制器三角载波同步的同时确保不会产生三角载波的阶跃跳变，进而也就不会在驱动信号中产生错误电平，大大降低同步对于***运行的影响。本发明是通过如下的手段实现的：
MMC分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法，采用改变三角载波峰值(也即改变三角载波频率)的方法来改变三角载波相位进而实现各个子控制器间三角载波的同步。其具体同步流程如下，当主控制器中目标三角载波归零且***需要进行同步时，主控制器通过通信网络向各个子控制器同时发送同步信号，子控制器同步流程图如图4所示，各个子控制器接收到同步信号后，立即记录此时自身三角载波计数值与计数方向，进而可计算出自身三角载波与目标三角载波的计数偏差Cdiff，通过改变之后n个周期的三角载波峰值，也即改变三角载波频率，使得n个周期后清除计数偏差，实现自身三角载波与目标三角载波的同步。同时在n个同步周期中，跟随三角载波峰值同步改变调制信号幅值，即可保证驱动信号占空比的恒定。
显然，本发明的方法不会在三角载波中产生阶跃跳变，因而驱动信号也就不会产生错误电平，进而也就显著降低了同步对于***的影响。本发明的分次同步法在良好的实现各个子控制器三角载波同步的同时，确保不会在三角载波中产生阶跃跳变，也就确保驱动信号中不会产生错误电平，大大降低了同步对于整体***运行的影响。
附图说明
图1为现有技术直接同步法同步流程示意图。
图2为现有技术直接同步过程示意图。
图3为现有技术驱动信号产生错误电平示意图
图4为本发明分次同步法同步流程图。
图5为本发明分次同步法同步过程示意图。
具体实施方式
本发明MMC分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法，当主控制器中目标三角载波归零且***需要进行同步时，如图4所示，主控制器通过通信网络向各个子控制器同时发送同步信号，各个子控制器接收到同步信号后，立即记录此时自身三角载波计数值与计数方向，进而可计算出自身三角载波与目标三角载波的计数偏差Cdiff，即计算出自身三角载波计数位置与最近三角载波同步位置的计数差值，当自身三角载波位置超前于最近三角载波同步位置则计数偏差为正，反之计数偏差为负。通过改变之后n个周期的三角载波峰值，也即改变三角载波频率，使得n个周期后清除计数偏差，实现自身三角载波与目标三角载波的同步。同时在n个同步周期中，跟随三角载波峰值同步改变调制信号幅值，即可保证驱动信号占空比的恒定。当同步周期完成后，将三角载波峰值与调制信号幅值恢复初始值，完成同步。
本发明所产生的波形变化如图5所示，图中从上到下分别为主控制器的目标三角载波，同步信号以及四个子控制器的三角载波。在图中初始时刻，四路子控制器三角载波相位正确，互差90度。为了效果明显图中子控制器三角载波1～4均为频率超前于目标三角载波的情况。图中为同步周期n为2的情况，可见在t1时刻接收到同步信号后，各个子控制器在之后的两个三角载波周期中增大了三角载波峰值，进而在两个周期后实现***的同步。同时在两个周期中同步改变调制信号幅值，即可保证所产生调制信号的占空比不受影响。当同步完成后，即两个同步周期完成后，将三角载波峰值与调制信号幅值均恢复原始值进而完成同步。
对于测得的计数偏差Cdiff与设定的同步周期数n，同步中三角载波的峰值改变量CPRD可由下式算出，CPRD＝Cdiff/(2n)。同步时，改变后的三角载波峰值C1与原始三角载波峰值C的关系为C1＝C+CPRD。
原调制信号N与改变幅值后调制信号N1的关系为N1＝N*C1/C，即在同步周期中对原调制信号乘以C1/C的系数对其幅值进行调整使得驱动信号的占空比与目标值相同，不受同步的影响。
实施例：设初始三角载波峰值C为30000，同步周期数n为10，若设在这10个周期中原调制信号N分别为1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000。设子控制器三角载波的载波移相值为0度，也即当同步信号来临时，其三角载波目标计数值为0。
设当此子控制器接收到同步信号时，其计数值为6000且计数方向为向上计数。则可知此三角载波计数位置超前于最近三角载波同步位置6000个计数值，则其计数偏差Cdiff即为6000。通过式CPRD＝Cdiff/(2n)可计算出此时三角波峰值改变量CPRD应为6000/(2*10)＝300。进而通过式C1＝C+CPRD，可计算出改变后的三角载波峰值C1为30000+300＝30300。进一步通过公式N1＝N*C1/C计算出10个同步周期中改变幅值后的调制信号N1分别为1010、2020、3030、4040、5050、6060、7070、8080、9090、10100。
之后在10个同步周期中将三角载波峰值改变为30300，同时对应使用改变幅值后的调制信号N1与改变后的三角载波进行调制。在10个同步周期结束后，将三角载波峰值恢复为初始值30000，并将调制信号值也恢复为初始值N，至此完成三角载波的同步。

Claims (2)

1.一种MMC分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法，采用改变三角载波峰值的方法来改变三角载波相位进而实现各个子控制器间三角载波的同步；其具体同步流程如下，当主控制器中目标三角载波归零且***需要进行同步时，主控制器通过通信网络向各个子控制器同时发送同步信号；各个子控制器接收到同步信号后，立即记录此时自身三角载波计数值与计数方向；进而计算出自身三角载波与目标三角载波的计数偏差Cdiff和三角载波的峰值改变量CPRD；通过改变之后n个周期的三角载波峰值，也即改变三角载波频率，使得n个周期后清除计数偏差，实现自身三角载波与目标三角载波的同步；同时在n个同步周期中，跟随三角载波峰值同步改变调制信号幅值，以保证驱动信号占空比的恒定；在n个同步周期完成后，将三角载波峰值与调制信号幅值恢复初始值，完成同步。
2.根据权利要求1所述的MMC分布式控制***中子控制器三角载波的分次同步法，其特征在于，对于测得的计数偏差Cdiff与设定的同步周期数n，同步中三角载波的峰值改变量CPRD可由下式算出，CPRD＝Cdiff/(2n)；同步时，改变后的三角载波峰值C1与原始三角载波峰值C的关系为C1＝C+CPRD。
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