抑制碳化硅MMC共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法与流程

抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法
技术领域
1.本发明涉及一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法。

背景技术：

2.mmc作为一种已经在柔性直流输电广泛应用的电力电子变换器，在中、高压等领域得到了应用，具有诸多优点：低损耗、低阶跃电压等。其中，mmc的调制方式主要分为两种：(1)低开关频率调制，如：最近电平逼近调制、选择性谐波抑制调制等；(2)高开关频率调制，如：载波层叠正弦脉宽调制、载波移相正弦脉宽调制等；载波层叠调制适用于中、低电平数的mmc，电平数通常不大于20。
3.然而，在目前mmc的应用中，对共模电压抑制的方法甚少。实际上，mmc中存在着高频跳变的共模电压，其中在使用载波层叠正弦脉宽调制时，mmc共模电压每次跳变的幅值约为u
dc
/6n，u
dc
为直流侧电压，n为mmc单桥臂子模块。因此，高频共模电压能通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等，亟待解决。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，在于提供一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，通过优化子模块开关序列，实时抑制共模电压高频跳变，实现有效降低mmc漏电流和共模噪声，改善其工作性能。
5.第一方面，本发明提供了一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，具体包括以下步骤：
6.步骤s1、选取混沌映射生成混沌序列，通过混沌序列产生混沌层叠载波；
7.步骤s2、将目标调制波与混沌层叠载波进行比较，得到每个桥臂中每个子模块对应的脉冲信号；
8.步骤s3、根据每个桥臂上的子模块电压大小对子模块进行排序，并根据所述脉冲信号分配驱动脉冲，达到子模块电压均衡。
9.进一步地，所述步骤s1进一步具体为：选取logistic映射生成混沌序列，使用混沌序列产生混沌周期载波，使得载波周期在特定范围内混沌变化；所述混沌变化的规则表示为：
10.tc＝t+δt
·
yiyi∈(-1,1)i＝1,2,
…
11.其中，t表示中心载波周期，即参考载波周期；δt是载波周期的最大波动范围；yi是混沌序列；
12.所述logistic映射表述为：
13.xi＝μx
i-1
(1-x
i-1
)xi∈(0,1)i＝1,2,
…
14.yi＝2(x
i-0.5)yi∈(-1,1)i＝1,2,
…
15.其中，μ为一可调参数，μ的取值在(3.5699456，4]之间；通过对xi的不断迭代，得到一个混沌序列。
16.进一步地，所述步骤s2进一步具体为：
17.若mmc每个桥臂的子模块个数为n，那么上桥臂中子模块对应的混沌载波u
car,pl
之间幅值相同，垂直排列，相邻混沌载波之间相差单位载波幅值，下桥臂中子模块对应的相邻混沌载波u
car,nl
之间同样相差单位载波幅值，上桥臂中第l个子模块和下桥臂中第l个子模块所对应的混沌载波之间相位差为 180
°
，其中l＝1,2,
…
,n；三相上桥臂调制波u
ref,ap
、u
ref,bp
和u
ref,cp
相位互差120
°
，三相下桥臂调制波u
ref,an
、u
ref,bn
和u
ref,cn
相位互差120
°
，每相中上、下桥臂对应的调制波u
ref,jp
和u
ref,jn
相差180
°
；
18.调制波与混沌层叠载波比较得到的脉冲信号表达式为：
[0019][0020]
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0021]
本发明解决了现有mmc中存在着高频共模电压通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题，通过优化子模块开关序列，实时抑制共模电压高频跳变，实现有效降低mmc漏电流和共模噪声，改善其工作性能的目的。
[0022]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
[0023]
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0024]
图1为本发明实施例一的流程图一；
[0025]
图2为本发明实施例一的流程图二；
[0026]
图3为本发明实施例的logistic映射分岔图；
[0027]
图4为本发明实施例的logistic映射产生的混沌序列；
[0028]
图5为本发明实施例的混沌层叠载波正弦脉宽调制的载波和调制波示意图；图6为本发明实施例二的原理框图。
具体实施方式
[0029]
实施例一
[0030]
如图1所示，本发明提供了一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，具体包括以下步骤：
[0031]
步骤s1、选取混沌映射生成混沌序列，通过混沌序列产生混沌层叠载波；
[0032]
步骤s2、将目标调制波与混沌层叠载波进行比较，得到每个桥臂中每个子模块对应的脉冲信号；
[0033]
步骤s3、根据每个桥臂上的子模块电压大小对子模块进行排序，并根据所述脉冲信号分配驱动脉冲，达到子模块电压均衡。
[0034]
如图2所示，选取混沌映射为logistic映射，包括以下步骤：
[0035]
步骤101，通过logistic映射生成混沌序列，进而得到混沌层叠载波，混沌载波是
三角载波，层叠是指载波的排列方式，如层叠排列、移相排列等；多条混沌载波垂直排列共同组成层叠载波；
[0036]
步骤102，将调制波与生成的混沌层叠载波进行比较，得到脉冲信号；
[0037]
步骤103，对子模块进行排序均压，并产生每个子模块的开关管的驱动脉冲。产生的脉冲信号通过驱动电路产生驱动脉冲，用来控制子模块的投入或切出，子模块接收到高电平驱动脉冲进行投入，否则切出；所述驱动脉冲是混沌层叠载波正弦脉宽中的一部分，所有的子模块的驱动脉冲共同构成混沌层叠载波正弦脉宽。
[0038]
本发明实施例的抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，通过logistic映射生成混沌序列，得到混沌层叠载波；将目标调制波与生成的混沌层叠载波进行比较，得到脉冲信号；根据子模块电压由高至低对模块进行排序，得到子模块开关器件的驱动脉冲，排序的作用是用来均衡模块电压，即使得每个模块投入时间大致相同，不至于单一模块电压过充或者过放。由此，能够解决现有mmc中存在着高频共模电压通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题，通过优化子模块开关序列，实时抑制共模电压高频跳变，实现有效降低mmc漏电流和共模噪声，改善其工作性能的目的。优化开关序列是指采用混沌载波层叠调制策略，脉冲的高、低电平对应子模块的投切，也即子模块的开关。优化是指本调制策略使得子模块固有的开关序列发生变化，原有的载波频率是固定的，共模电压的频率与开关频率相同，本策略通过使用混沌载波频率使得共模电压不再集中于单一开关频率，实现抑制共模电压噪声的目的。
[0039]
当某一个子模块投入时间过长时，会使得子模块电压降低，要不断切换投入子模块以维持模块电压均衡，对子模块电压排序出高电压值的子模块投入；脉冲信号为高电平表示投入子模块，子模块个数也就是高电平脉冲的个数，通过控制投入子模块的个数可以使变换器输出不同的电压，实现电能变换目的。
[0040]
在本发明实施例中，当载波的周期是变化的，变换范围是固定载波周期t叠加小周期区间δt，使用混沌离散序列xi与变化区间相乘，实现使得载波周期在距离固定周期t附近小周期δt范围内混沌变化。变化规则可以表示为：
[0041]
tc＝t+δt
·
yiyi∈(-1,1)i＝1,2,
…
[0042]
其中，t表示中心参考载波周期，即固定载波周期，δt是载波周期的最大波动范围，xi是混沌序列；上述公式为混沌层叠载波的周期。现有的混沌映射序列主要有logistic映射、tent映射以及多涡卷混沌吸引子产生的混沌序列。本发明对形成过程较为简单的logistic进行描述和应用。logistic映射可以表述为：
[0043]
xi＝μx
i-1
(1-x
i-1
)xi∈(0,1)i＝1,2,
…
[0044]
yi＝2(x
i-0.5)yi∈(-1,1)i＝1,2,
…
[0045]
其中，μ为一可调参数，对于不同的μ，混沌序列呈现不同的特性，只有当μ的取值在(3.5699456，4]之间时，logistic映射才会呈现混沌特性。通过对xi的不断迭代，得到一个混沌序列yi。
[0046]
将调制波与混沌层叠载波进行比较，得到脉冲信号，具体为以脉宽调制为基础，采用混沌层叠载波，将子模块对应的载波按照层叠的方式排列，利用调制波信号和混沌层叠载波信号比较的方式，得到每个子模块对应的脉冲信号，其中，当调制波信号大于载波信号时，输出高电平信号，当调制波信号小于载波信号时，输出低电平信号。在pwm变换器中是通
用的脉冲生成方式，即通过比较目标调制波与载波得到脉冲；每一条载波对应一个子模块，通过载波与调制波比较得到该子模块的控制脉冲；
[0047]
若mmc每个桥臂的子模块个数为n(n通常为偶数)，那么上桥臂中子模块对应的混沌载波u
car,pl
之间幅值相同，垂直排列，相邻混沌载波之间相差单位载波幅值，下桥臂中子模块对应的相邻混沌载波u
car,nl
之间同样相差单位载波幅值，上桥臂中第l个子模块和下桥臂中第l个子模块所对应混沌载波之间相位差为180
°
，其中l＝1,2,
…
,n。三相上桥臂调制波u
ref,ap
、u
ref,bp
和u
ref,cp
相位互差120
°
，三相下桥臂调制波u
ref,an
、u
ref,bn
和u
ref,cn
相位互差120
°
，每相中上、下桥臂对应的调制波u
ref,jp
和u
ref,jn
相差180
°
(j＝a,b,c)。
[0048]
本发明并非将产生的脉冲直接作为子模块驱动脉冲，而是由此脉冲作为驱动脉冲的控制信号。调制波与混沌层叠载波比较得到的脉冲信号表达式为：
[0049][0050]
如图3所示，本发明对形成过程较为简单的logistic映射进行描述和应用。logistic映射可以表示为：
[0051]
xi＝μx
i-1
(1-x
i-1
)xi∈(0,1)i＝1,2,
…
[0052]
yi＝2(x
i-0.5)yi∈(-1,1)i＝1,2,
…
[0053]
其中，μ为一可调参数，对于不同的μ，混沌序列呈现不同的特性，只有当μ的取值在(3.5699456，4]之间时，logistic映射才会呈现混沌特性。通过对xi的不断迭代，得到一个混沌序列yi。当μ＝4时，xi理论上可以取到0至1之间所有值，此时系统产生的序列具有随机性、规律性、遍历性、对初值的敏感性等典型的混沌特征。
[0054]
如图4所示，当μ＝4，x1＝0.3时，经过多次迭代后产生的混沌序列，该值可以使得序列迭代混沌，混沌序列的取值在(0,1)之间。
[0055]
如图5所示，该抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法以载波层叠正弦脉宽调制为基础，采用混沌层叠载波与正弦调制波进行比较的方式产生每个子模块的驱动脉冲，例如每个桥臂子模块数n为4的三相mmc，子模块对应的混沌载波按照层叠的方式排列，那么上桥臂中子模块对应的混沌载波u
car,p1
、u
car,p2
、u
car,p3
、u
car,p4
之间幅值相同，垂直排列，相邻混沌载波之间相差单位载波幅值，下桥臂中子模块对应的混沌载波u
car,n1
、u
car,n2
、u
car,n3
、u
car,n4
之间排列方式与上桥臂相同，上桥臂中第l个子模块和下桥臂中第个l子模块相位差为180
°
，其中l＝1,2,3,4。三相上桥臂调制波u
ref,ap
、u
ref,bp
和u
ref,cp
相位互差120
°
，三相下桥臂调制波u
ref,an
、u
ref,bn
和u
ref,cn
相位互差120
°
，每相中上、下桥臂对应的调制波u
ref,jp
和u
ref,jn
相差180
°
(j＝a,b,c)。
[0056]
基于同一发明构思，本发明还提供了与实施例一中的方法对应的装置，详见实施例二。
[0057]
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：解决了现有mmc中存在着高频共模电压通过杂散电容产生漏电流、共模干扰，危害电机轴承、通信系统等的技术问题，通过优化子模块开关序列，实时抑制共模电压高频跳变，实现有效降低mmc漏电流和共模噪声，改善其工作性能的目的。
[0058]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理
解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

技术特征：

1.一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤s1、选取混沌映射生成混沌序列，通过混沌序列产生混沌层叠载波；步骤s2、将目标调制波与混沌层叠载波进行比较，得到每个桥臂中每个子模块对应的脉冲信号；步骤s3、根据每个桥臂上的子模块电压大小对子模块进行排序，并根据所述脉冲信号分配驱动脉冲，达到子模块电压均衡。2.根据权利要求1所述的一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，其特征在于：所述步骤s1进一步具体为：选取logistic映射生成混沌序列，使用混沌序列产生混沌周期载波，使得载波周期在特定范围内混沌变化；所述混沌变化的规则表示为：t
c
＝t+δt
·
y
i y
i
∈(-1,1)i＝1,2,
…
其中，t表示中心载波周期，即参考载波周期；δt是载波周期的最大波动范围；y
i
是混沌序列；所述logistic映射表述为：x
i
＝μx
i-1
(1-x
i-1
)x
i
∈(0,1)i＝1,2,
…
y
i
＝2(x
i-0.5)y
i
∈(-1,1)i＝1,2,
…
其中，μ为一可调参数，μ的取值在(3.5699456，4]之间；通过对x
i
的不断迭代，得到一个混沌序列。3.根据权利要求1所述的一种抑制碳化硅mmc共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，其特征在于：所述步骤s2进一步具体为：若mmc每个桥臂的子模块个数为n，那么上桥臂中子模块对应的混沌载波u
car,pl
之间幅值相同，垂直排列，相邻混沌载波之间相差单位载波幅值，下桥臂中子模块对应的相邻混沌载波u
car,nl
之间同样相差单位载波幅值，上桥臂中第l个子模块和下桥臂中第l个子模块所对应的混沌载波之间相位差为180
°
，其中l＝1,2,
…
,n；三相上桥臂调制波u
ref,ap
、u
ref,bp
和u
ref,cp
相位互差120
°
，三相下桥臂调制波u
ref,an
、u
ref,bn
和u
ref,cn
相位互差120
°
，每相中上、下桥臂对应的调制波u
ref,jp
和u
ref,jn
相差180
°
；调制波与混沌层叠载波比较得到的脉冲信号表达式为：

技术总结

本发明提供一种抑制碳化硅MMC共模电压的混沌层叠载波正弦脉宽调制方法，所述方法包括：选取混沌映射生成混沌序列，通过混沌序列产生混沌层叠载波；将目标调制波与混沌层叠载波进行比较，得到每个桥臂中每个子模块对应的脉冲信号；根据每个桥臂上的子模块电压大小对子模块进行排序，并根据所述脉冲信号分配驱动脉冲，达到子模块电压均衡，通过优化子模块开关序列，实时抑制共模电压高频跳变，有效降低MMC漏电流和共模噪声，改善其工作性能。改善其工作性能。改善其工作性能。