模块化多电平变换器在电机驱动电气运行条件下抑制低频电容电压纹波的动态载波相移控制

《Energies》：Dynamic Carrier Phase-Shift Control for Low-Frequency Capacitor Voltage Ripple Suppression in MMCs Under Motor Drive Electrical Operating Conditions

　　

摘要

模块化多电平变流器（MMC）在中高功率电机驱动应用中颇具吸引力；然而，低速电机运行会导致子模块（SM）电容电压出现显著波动。在传统的载波移相脉宽调制（CPS-PWM）中，载波移相角通常是固定的。这一固定设置未能考虑电机电气频率降低时所出现的更长电容充放电间隔。为解决这一问题，本文针对低频电机驱动电气工况开发了一种MMC动态载波移相控制策略。所提策略通过分段函数将载波移相角与电机运行频率关联起来：在低频区域采用较大的移相角，而随着频率升高，该角度逐渐回归到传统CPS-PWM的取值。该策略通过等效载波延迟更新在PWM生成阶段实现，无需修改MMC功率电路。本文在0.5–10 Hz频率范围内进行了对比MATLAB/Simulink仿真，以评估电容电压波动、输出电流总谐波失真（THD）、上桥臂电流及环流。结果表明，所提方案在低频下能有效降低电容电压的峰峰值波动，同时在所研究的变流器侧电气模型内保持可比的交流侧输出电流质量以及可接受的内部电流行为。