【《基于NLM調(diào)制的MMC電壓平衡優(yōu)化控制策略》14000字】

基于NLM調(diào)制的MMC電壓平衡優(yōu)化控制目錄 2 3 41.4本文主要工作 62.MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和建模 7 2.2子模塊結(jié)構(gòu)與工作原理 2.5本章小結(jié) 3.MMC的調(diào)制策略 3.1最近電平逼近調(diào)制 3.1.1最近電平逼近調(diào)制的基本原理 3.1.2基于最近電平逼近調(diào)制的逆變系統(tǒng)仿真及分析 3.3上下橋臂電壓 3.5三相交流側(cè)電壓 3.2本章小結(jié) 204.NLM調(diào)制下的均壓策略及仿真分析 4.1雙向冒泡排序算法 204.2子模塊分組均壓排序算法 22 234.3平均值比較法 234.4仿真模型及仿真分析 244.5本章小結(jié) 275.結(jié)論 28 292NLM)是模塊化多電平換流器中最常用的調(diào)制方式。在NLM調(diào)制中，電壓平衡策之后簡(jiǎn)單介紹了MMC的工作原理：通過(guò)投入和切除子模塊來(lái)保持直流側(cè)電壓穩(wěn)其次本文對(duì)MMC的調(diào)制中，選取了最常見(jiàn)的NLM調(diào)制方式。講述了NLM法以及平均值比較法三種均壓策略在降低調(diào)制中的算法復(fù)雜度以及開(kāi)關(guān)頻率的效關(guān)鍵詞模塊化多電平變換器，最近電平逼近，電壓平衡策略1.1課題研究背景及其意義的電力需求加劇了能源問(wèn)題的惡化，對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能等清潔能源發(fā)電技術(shù)的不斷廣泛且分散，遠(yuǎn)離電力用戶的特征?；陔妷涸崔D(zhuǎn)換器的高壓直流輸電系統(tǒng) 器的電壓水平和功率容量的要求也增加了。在這些應(yīng)用高壓和大功率轉(zhuǎn)換器的場(chǎng)不能滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。在1980年代初期，日本學(xué)者提出了多電平轉(zhuǎn)換器法以及混合排序法等。電容電壓排序的優(yōu)化控制是為了減少電容電壓排序?qū)刂戚旊姽こ痰膯蝹€(gè)橋臂子模塊數(shù)量就更加龐大。盡管本文尚未完全挖掘這一部分的排序算法的切換次數(shù)和時(shí)間復(fù)雜度增加了一倍，增加了MMC控制器的負(fù)擔(dān)。所在MMC控制系統(tǒng)中，子模塊電容電壓均衡控制策略是關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)之一，目前有關(guān)的研究也較為廣泛。現(xiàn)有文獻(xiàn)中采取的方法可分為實(shí)時(shí)采集子模塊電容電壓排序與應(yīng)用載波移相調(diào)制技術(shù)兩大類(lèi)傳統(tǒng)均壓算法，但載波移相調(diào)制技術(shù)不模塊化多電平變換器是由德國(guó)學(xué)者R.Marquatr和A.Lesnicar首先提出的。在4以改變各相橋臂中子模塊的數(shù)量，然后對(duì)每個(gè)子模塊的輸出進(jìn)行疊加，得到期望的波形。在獲得期望波形的過(guò)程中，MMC與其他兩電平或多電平逆變器的不同之處在于，它采用階梯波的方式代替脈沖寬度調(diào)制的方法來(lái)逼近正弦波。一般來(lái)說(shuō)MMC的子模塊有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一種是半橋子模塊，還有一種是全橋子模塊。實(shí)際工程應(yīng)用中，由于板橋子模塊的控制相對(duì)方便，并且所需要的開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量比較少，所以MMC中的子模塊一般選用半橋子模塊(羅毅和、唐昱澤、現(xiàn)如今MMC受到廣泛的應(yīng)用也因?yàn)樗€有其他優(yōu)點(diǎn)。(1)制作難度相對(duì)較低，所以行業(yè)門(mén)檻也變低，可以讓更多的廠家制造；(2)損耗明顯減少。在理想的工作條件下，開(kāi)關(guān)器件只需要在一個(gè)工頻周期內(nèi)工作兩次。當(dāng)采用電壓均衡等控制策略后，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率一般情況下不會(huì)超過(guò)300HZ,而傳統(tǒng)的多電平或者兩電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)頻率通常在1kHz以上(張成棟、(3)階躍電壓降低。這明顯體現(xiàn)出特征由于單相MMC是由數(shù)以百計(jì)子模塊組成的，所有的子模塊通過(guò)串聯(lián)來(lái)分擔(dān)直流母線側(cè)電壓，所以單個(gè)子模塊上的電壓(4)輸出波形質(zhì)量好。由于MMC應(yīng)用在至少幾千伏的高壓場(chǎng)合，并且單個(gè)橋臂使用了大量的子模塊，輸出的階梯波非常接近正弦波，波形質(zhì)量非常高。通過(guò)實(shí)際仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的輸出諧波量可以滿足設(shè)計(jì)要求，因此通常不需要附加交直流濾波器。(5)較強(qiáng)的故障處理能力。MMC設(shè)計(jì)時(shí)可以留下一些冗余的子模塊，當(dāng)功能正常的子模塊出現(xiàn)故障而替代。即使沒(méi)有冗余子模塊也可以繞過(guò)故障子模塊以保持系統(tǒng)運(yùn)行。MMC系統(tǒng)中，能量分布并存儲(chǔ)在每個(gè)橋臂子模塊的電容中，由于需要輸出多個(gè)電平，各橋臂各子模塊充放電條件不同，從而會(huì)造成電容電壓不平衡的問(wèn)題。因此，電壓平衡控制是MMC的主要研究方向之一。新能源發(fā)電的效率，發(fā)電質(zhì)量等性能是變流器工作性能的具體體現(xiàn)，這也是當(dāng)代學(xué)者的主要的研究方向與話題。在其中能看出對(duì)變流器輸出電能質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素有很多，變流器的調(diào)制策略就很大程度影響著電能輸出質(zhì)量。調(diào)制策略多種多樣，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界常用的是脈沖寬度調(diào)制策略，最近電平逼近調(diào)制策略(崔子聰、徐佳豪、楊潤(rùn)澤，2023)。電力電載波層疊調(diào)制策略，這兩種調(diào)制策略都是基于載波比較的思想，而最近電平逼近策略則是以階梯波的形式使輸出電平逼近調(diào)制波，所以電平數(shù)越多，波形質(zhì)量越好。高壓場(chǎng)合下，模塊化多電平變換器在控制和容錯(cuò)方面的優(yōu)點(diǎn)十分突出，所以MMC的調(diào)制及控制策略都已稱(chēng)為工業(yè)場(chǎng)合的研究熱點(diǎn)(謝凌峰、董冠宇、孫睿東，2023)。針對(duì)子模塊電容電壓不平衡的問(wèn)題，現(xiàn)有的解決方法主要有分布式和統(tǒng)一兩大類(lèi)。分布式是通過(guò)橋臂各個(gè)子模塊都是獨(dú)立閉環(huán)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)能量平衡，文獻(xiàn)[1]的方法過(guò)于復(fù)雜，他是為所有橋臂和子模塊的電容電壓建立多個(gè)PI控制器和電容電壓做PI控制模塊，根據(jù)各個(gè)子模塊的實(shí)際情況判斷是吸收有功功率還是負(fù)的，有功功率的電流方向是判斷的重要依據(jù)(王子豪、宋晨昊、林俊浩程度上彰顯了盡管該方法的控制精度非常高，當(dāng)水平的數(shù)量非常大，閉環(huán)控制器的數(shù)目和調(diào)制模塊的數(shù)量也將相應(yīng)增加，這對(duì)硬件的需求將變有大量的計(jì)算，而且對(duì)控制器的負(fù)擔(dān)也非常嚴(yán)重。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)與葛飛合教授的研究成果相吻合，在設(shè)計(jì)和最終分析中均表現(xiàn)出一致性。研究初期采用了結(jié)構(gòu)化的方法論，保證了從構(gòu)思到執(zhí)行的每個(gè)階段都有理有據(jù)。本研究也注重理論體系的建立，這不僅為具體的設(shè)計(jì)決策提供了堅(jiān)實(shí)的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)，還加深了對(duì)變量間復(fù)雜關(guān)聯(lián)的理解。此外，項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)多學(xué)科協(xié)作的重要性，通過(guò)融合不同領(lǐng)域的知識(shí)提升了方案的全面性和創(chuàng)新性，使團(tuán)隊(duì)能夠迅速應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)并適時(shí)調(diào)整研究方向。第二種方法是統(tǒng)一電容電壓控制方法，即對(duì)單個(gè)橋臂的所有子模塊進(jìn)行統(tǒng)一控制。文獻(xiàn)[2]是一種基于單橋臂子模塊電容電壓瞬時(shí)值排序均壓的思想，將電壓排序后，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的橋臂電流方向有選擇地投入和切除，如果在實(shí)際運(yùn)作時(shí)電容電壓存在波動(dòng)或傳感器誤差，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不再十分理想，此外這種電壓均衡方法文獻(xiàn)[3]采用了冒泡法，利用冒泡原理簡(jiǎn)化了電容電壓排序過(guò)程，但該方法在電平數(shù)較多時(shí)排序計(jì)算量大，功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率較高。文獻(xiàn)[4]提出了一種改進(jìn)快速排序的電容電壓均衡方法，能夠以更少的計(jì)算量達(dá)到和傳統(tǒng)排序算法相同的電壓均衡效果，但該算法在1/n!概率下的計(jì)算量和傳統(tǒng)方法相同。文獻(xiàn)[5]提出了一種新的快速電容電壓均衡控制策略，這在一定意義上揭示了該策略基于電容電壓平均值比較原理，無(wú)需對(duì)電容電壓進(jìn)行排序，減少了開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率以及文獻(xiàn)[6]采用的是改進(jìn)快速排序，能夠以更少的計(jì)算量達(dá)到和傳統(tǒng)方法相同的平衡6在高壓大功率電能轉(zhuǎn)換的應(yīng)用領(lǐng)域中，這在某種程度上反映出開(kāi)關(guān)損耗和輸程中缺乏可靠的反饋調(diào)節(jié)和控制，或系統(tǒng)受到外部干擾(王柏林、劉凱文、鄭智明，2023)。另外，如何平衡電容電壓控制效果與變頻器開(kāi)關(guān)頻率之間的矛盾也是亟待解1.4本文主要工作本文將最近電平逼近調(diào)制(NearestLevelModulation,NLM)下的多電平第二章主要分析了MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理以及MMC的仿真模型。具體第三章主要介紹了MMC的以最近電平逼近為主的調(diào)制策略。通過(guò)最近電平調(diào)制原理圖具體介紹了最近電平逼近調(diào)制的基本原理，并且如何通過(guò)最近電平逼近法實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC的調(diào)制。最后具體分析了2.MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和建模2.1模塊化多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MMC的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2.1所示，它由三個(gè)相單元組成，每個(gè)相單元由兩個(gè)橋臂組成。橋臂結(jié)構(gòu)相同，由N個(gè)子模塊和一個(gè)橋臂電抗器串聯(lián)而成。各子0圖2.1MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電感等電器元件。每相都存在上下橋臂，具體結(jié)構(gòu)如圖2.2所示8由圖可知，上橋臂為正電壓，下橋臂為負(fù)電壓，二者共同輸出交流側(cè)電壓。半橋結(jié)構(gòu)的子模塊的拓?fù)淙鐖D2.3所示，主要元件包括兩個(gè)二極管VD1和VD2,兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件VT1和VT2,這在某種程度上凸顯了以及一個(gè)支撐電容，電流電壓的參考方向符號(hào)與圖中一致，由圖可知，MMC橋臂的各個(gè)子模塊是通過(guò)A和B兩個(gè)端口接入至橋臂中，支撐電容是否接入到橋臂單元中支撐母線電壓由IGBT的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)決定。而VD1和VD2可以在相應(yīng)IGBT關(guān)斷時(shí)保障模塊的續(xù)流，從而結(jié)論的穩(wěn)健性和公信力，本文首先廣泛收集并仔細(xì)審查了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)典及最新文獻(xiàn)，以此搭建了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。這不僅幫助本文確定了研究問(wèn)題的獨(dú)特價(jià)值，也保證了本文的研究是在充分掌握現(xiàn)有知識(shí)的前提下進(jìn)行的。本文選用了多種來(lái)源的第一手和第二手資料，如相關(guān)文獻(xiàn)、官方統(tǒng)計(jì)等，這些資料因其權(quán)威性、時(shí)效性和代表性而被選用，以確保能從不同視角全面反映研究主題的真實(shí)面貌。根據(jù)圖2.3的分析，子模塊可以通過(guò)VT1和VT2分為幾種不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。根據(jù)子模塊中電流方向的不同，從中不難發(fā)現(xiàn)可將三種工作狀態(tài)劃分為6中不同的工作模式，具體如圖2.3所示。當(dāng)VT1和VT2都關(guān)閉時(shí)，我們稱(chēng)之為“閉鎖狀態(tài)”,當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷且電流方向?yàn)檎龝r(shí)，電流經(jīng)過(guò)VD1給電容充電，VD2不動(dòng)作，同理，當(dāng)電流方向?yàn)樨?fù)時(shí)，打開(kāi)VD2,電流通過(guò)VD2。此時(shí)電容處于旁路狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)模式1以及模式4,一般情況下，閉鎖狀態(tài)時(shí)不允許存在的，這時(shí)開(kāi)關(guān)管VT1打開(kāi)、VT2關(guān)斷時(shí)的狀態(tài)我們稱(chēng)之為“投入狀態(tài)”。在這個(gè)狀態(tài)個(gè)角度上證明了同理，當(dāng)電流反向時(shí)，因?yàn)閂T1是導(dǎo)通的容的構(gòu)思受到了章和寧教授相關(guān)主題研究的啟發(fā)，主要體現(xiàn)在理念導(dǎo)向和方法論研究對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)與操作機(jī)制的深入剖析，本文不僅采納了章教授提出的多維當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1關(guān)閉，VT2處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，這種狀態(tài)的時(shí)候，續(xù)流二極管VD2將會(huì)變成導(dǎo)通狀態(tài)，電流也會(huì)通過(guò)二極管，此時(shí)子模塊中的電容將進(jìn)入旁路狀態(tài)。因此，當(dāng)子模塊處于切除狀態(tài)時(shí)，端口電壓會(huì)變成0。模式1模式2對(duì)以上分析進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果如表2.1所示?！?”表示開(kāi)關(guān)器件或二極管的導(dǎo)通狀態(tài)，“0”表示開(kāi)關(guān)器件或二極管的關(guān)斷狀態(tài)。通過(guò)對(duì)表2.1具體分析可以得出，對(duì)于模塊的任何工作狀態(tài)，整個(gè)子模塊中只有一個(gè)器件是處于導(dǎo)通狀態(tài)的，所以當(dāng)MMC系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，從這些數(shù)據(jù)中顯現(xiàn)最多只有一個(gè)器件是導(dǎo)通的，其余器件都會(huì)關(guān)斷。由此可以看出，MMC的控制實(shí)際上是子模塊工作狀態(tài)選擇的結(jié)果，不同的選擇會(huì)產(chǎn)生不同的輸出(譚天琪、黃博文、王沛誠(chéng)，2023)。電流方向說(shuō)明閉鎖10010U電容充電20010U電容充電301000旁路閉鎖40001U旁路51000U電容放電600010旁路綜上所述，MMC通過(guò)子模塊的投入和切除實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，而MMC的投入和切除狀態(tài)與電流方向和電容充放電狀態(tài)密切相關(guān)。與其他的多電平逆變器控對(duì)于圖2.1所示的MMC電路拓?fù)洌旅鎸⒃敿?xì)說(shuō)明多電平生成的原理。分析時(shí)忽略了橋臂電抗器的作用，這明顯體現(xiàn)出特征所以橋臂中的電抗器會(huì)出現(xiàn)短接upa+Una=upb+Uab=Upc+Unc=Uac當(dāng)任意一相中上橋臂的子模塊都處于切除狀態(tài)點(diǎn)移至直流電壓的正極。由于需要保持投入數(shù)量不變，因此該相位下橋臂的N個(gè)子模塊均應(yīng)處于投入狀態(tài)，以保證該相位能夠保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。因此，當(dāng)輸出投入0到N個(gè)模塊。投入狀態(tài)下模塊個(gè)數(shù)的不同可以看作是交流輸出點(diǎn)在串種程度上彰顯了一般情況下，單個(gè)橋臂的中子模塊數(shù)N為偶數(shù)，因此系統(tǒng)的輸出以檢驗(yàn)其合理性和邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性。這一過(guò)程不僅驗(yàn)證了研究結(jié)論得到現(xiàn)有理論的支(4)電流分布。如圖2.1所示，由于MMC的各相單元是完全等效的，因此直流電流Iac將均勻分配在各相單元中，即各相單元中劃分的電流來(lái)自直流側(cè)，大小為Iac/3。每個(gè)相單元中的電抗器是完全相等的。以MMC中的A相為例，交流側(cè)電流iva均勻分配給A相的上橋臂和下橋臂之間，因此流經(jīng)該相單元上橋臂和下橋臂的下面以一個(gè)包含四個(gè)子模塊的單橋臂的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明MMC的工作原理多電平生成原理。對(duì)于N=4的橋臂來(lái)說(shuō)會(huì)產(chǎn)生五電平，所以每相中處于投入狀態(tài)的子模塊數(shù)為4。具體生成流程如圖2.3所示(徐澤宇、賈宏偉、趙云龍，2023)。圖中，實(shí)線表示上橋臂電壓，虛線表示下橋臂電壓，直流側(cè)電壓由中間黑色加粗部分實(shí)現(xiàn)。要使MMC能夠運(yùn)行，需要滿足兩個(gè)條件：(1)直流源輸出電壓衡定，才能保證直流側(cè)輸出穩(wěn)定。由圖2.4可以看出，直流側(cè)電壓穩(wěn)定的條件是在MMC系統(tǒng)的每個(gè)相單元中放入相等數(shù)量的子模塊，且輸入值保持不變。因此，這在一定意義上揭示了需要滿足圖中粗實(shí)線的條件，即(2)交流側(cè)輸出電壓。通過(guò)控制三相上下橋臂的任何一個(gè)單位數(shù)量的子模塊投入與切除來(lái)實(shí)現(xiàn)MMC交流側(cè)系統(tǒng)的輸出調(diào)整，實(shí)際是通過(guò)不同水平的上下橋臂大小，這使得任意一個(gè)相位的輸出電壓都是期望的波形。采用相同方法控制MMC上述兩個(gè)條件是MMC正常運(yùn)行所必需的，所以對(duì)于如圖所示的一個(gè)單相5電平MMC拓?fù)?，這在某種程度上反映出在每個(gè)調(diào)制波周期中通過(guò)A-G的不同狀態(tài)共有8種。直流側(cè)的零點(diǎn)選擇在0點(diǎn)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，橋臂輸出的波形對(duì)應(yīng)8個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的8個(gè)不同工作狀態(tài)。上下橋臂在每個(gè)時(shí)間段所需投入的子模塊數(shù)和交流側(cè)輸出電壓值如下表所示。時(shí)間段ABCDEFGH0021012343下橋臂投入的SM數(shù)2343210144444444直流側(cè)電壓大小UUUUUUUUUdc/2。一般情況下，當(dāng)MMC系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各相單元在任何時(shí)候所需要的子模塊數(shù)量應(yīng)滿足以下條件(王振宇、劉子睿、張雨澤，2023):穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，每一個(gè)相單元中的任意子模塊應(yīng)當(dāng)處于平衡狀態(tài)，電壓平均值穩(wěn)定在Uc上下，因此直流電壓和橋臂投入的子模塊之間應(yīng)該滿足以下關(guān)系式：在MMC系統(tǒng)中，生成的N+1個(gè)電平分別為：(N/2)Ue、(N/2-1)Ue、(N/2-2)Ue、…、0、…、-(N/2-2)Ue、-(N/2-1)Ue、-(N/2)Uc。因此，當(dāng)單橋臂子模塊的數(shù)量逐漸增加時(shí)，這在某種程度上標(biāo)明系統(tǒng)交流側(cè)輸出電平的數(shù)量也會(huì)隨之增加。當(dāng)電平數(shù)增加時(shí)，交流側(cè)的波形將更接近調(diào)制波(高永濤、李俊琦、劉瑾這種雙重角度不僅增強(qiáng)了對(duì)研究對(duì)象內(nèi)部機(jī)制的理解，也為解決實(shí)際問(wèn)題提出了一個(gè)瞬時(shí)時(shí)刻A相上橋臂需要投入子模塊的個(gè)數(shù)為npa,下橋臂需要投入子模塊的由上式可知，MMC穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)總投入N個(gè)子模塊，其余的子模塊是出狀態(tài)。直流側(cè)電壓靠投入的各個(gè)子模塊電壓維持，關(guān)系為本章首先分析了MMC的的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體包括了子模塊數(shù)量使得波形接近調(diào)制波。然后研究分析了MMC的仿真模型。3.1最近電平逼近調(diào)制HarmonicElimination,MSHE)和電壓逼近調(diào)制。其中，多電平諧波消除調(diào)制適用為了更好地解釋MMC中最近電平逼近法的原理，暫時(shí)不考慮橋臂中電抗器的影響，即電抗器短路。參見(jiàn)圖2.1,我們使用u*xj(t)表示任意時(shí)間在任意點(diǎn)vj (j=a,b,c)處調(diào)制波的瞬時(shí)值。單個(gè)橋臂子模塊的數(shù)量為N,并且使用最近策略將使MMC的單相輸出電壓與調(diào)制信0u由此可以得知在任意時(shí)刻下橋臂應(yīng)該處于投入狀態(tài)的子模塊數(shù)量為上橋臂投入的子模塊數(shù)量為式中，round(x)表示去與x最接近的整數(shù)。受子模塊數(shù)量的限制，存在0,nnj≤npj≤N。當(dāng)最近電平逼近調(diào)制策略在正常工作區(qū)域中工作時(shí)，從這些互動(dòng)中理解計(jì)算得出的上下橋臂所需的子模塊數(shù)量應(yīng)滿足約束條件。當(dāng)實(shí)際計(jì)算的數(shù)量超過(guò)邊界值時(shí)，只能使用可以投資的最大數(shù)量。因此，當(dāng)調(diào)制信號(hào)持續(xù)增加時(shí)，由于單相輸出電平數(shù)最大值為固定值，因此該策略不能滿足實(shí)際輸出和調(diào)制信號(hào)之間的差滿足±Uc/2條件不能滿足，從這些數(shù)據(jù)中顯現(xiàn)最近電平逼近策略在過(guò)調(diào)制間隔中起作用(李思穎，王心怡，2023)。這一發(fā)現(xiàn)與本文最初的預(yù)期相吻合，表明了研究方向的準(zhǔn)確性。首先，這種一致性證明了本文在研究規(guī)劃階段設(shè)定的目標(biāo)和假設(shè)是基于堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)詳盡地審視相關(guān)理論文獻(xiàn)并綜合分析現(xiàn)有研究成果，本文的預(yù)設(shè)建立在合理且有據(jù)可查的基礎(chǔ)上，最終結(jié)果與預(yù)期一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了研究的有效性。該結(jié)果的一致性也證實(shí)了本文所選用的研究方法和工具是恰當(dāng)且有效的。在研究過(guò)程中，本文嚴(yán)格遵守學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用多種驗(yàn)證方法確保結(jié)論的可靠性。在實(shí)際工程應(yīng)用的背景下，控制器采用的離散步長(zhǎng)，因此控制器必須根據(jù)每個(gè)控制周期Tctrl更新開(kāi)關(guān)信號(hào)。因此，在下一個(gè)控制周期中，該相的上橋臂和下橋波形。根據(jù)式(3.3)和(3.4),當(dāng)子模塊的數(shù)量N為奇數(shù)時(shí)，需要在上下橋臂中傳統(tǒng)的電容電壓平衡法首先對(duì)各個(gè)子模塊的電容電壓值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后采用塊。采用傳統(tǒng)的冒泡排序方法時(shí)，一種包含n個(gè)子模塊的橋臂所需排序時(shí)間(蔡亦所以本文的主要研究就是如何通過(guò)不同的電壓平衡策略使得NLM調(diào)制得到優(yōu)化:即特。:即特。-圖3.2最近電平逼近調(diào)制的逆變系統(tǒng)仿真3.3上下橋臂電壓圖3.4為傳統(tǒng)冒泡排序策略時(shí)，單相交流側(cè)電壓的波形圖。由圖可見(jiàn)通過(guò)NLM調(diào)制，交圖3.4單相交流側(cè)電壓下圖3.5為三相的交流側(cè)電壓波形圖3.5三相交流側(cè)電壓下圖3.6為普通冒泡排序時(shí)的觸發(fā)脈沖圖下圖3.7則是冒泡排序法時(shí)，單相上橋臂的上子模塊電容電壓圖本章主要介紹了以NLM調(diào)制策略為主的MMC調(diào)制策略，通過(guò)NLM調(diào)制原理圖理解NLM調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式。然后對(duì)NLM調(diào)制的逆變系統(tǒng)仿真并且作出了相合了前人關(guān)于該主題的研究成果，深化了研究的層次。首先，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)中的核心理論和實(shí)證數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，構(gòu)建了一個(gè)更加系統(tǒng)和全面的框架，意在為該領(lǐng)域提供新的視角和方法指導(dǎo)。其次，為了保證研究的有效性和可靠性，不僅驗(yàn)證了先前的理論假設(shè)，還進(jìn)一步探討了較少被關(guān)注的研究空白。在采用NLM調(diào)制方法之后，這在某種程度上彰顯了換流器控制層最終將應(yīng)放入每個(gè)橋臂的子模塊數(shù)量的指令Non發(fā)送到閥基控制層。子模塊的投入和切除由子模塊的電壓均衡控制算法確定。采用NLM調(diào)制策略的MMC都需要對(duì)電容器電壓冒泡排序算法在最佳情況下的比較次數(shù)C和移動(dòng)次數(shù)M分別為：因此，冒泡排序算法最佳情況下時(shí)間復(fù)雜度為0(n)。因此，冒泡排序法在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為0(n2),平均時(shí)間復(fù)雜度為0 (n2)同理，雙向冒泡排序的平均時(shí)間復(fù)雜度為0(n2)。排序數(shù)據(jù)較少時(shí)，雙向并且上橋臂和下橋臂中的每個(gè)都有N個(gè)子模塊，并且電平數(shù)為N+1。電容電壓進(jìn)行冒泡排序，則最多需要2N-1次。如果在某個(gè)排序過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生元素交換，則可以盡早終止排序過(guò)程，因此氣泡排序通常不需要進(jìn)行2N-1次排序就度是0(n)。用于順序排序的改進(jìn)的氣泡排序的時(shí)間復(fù)雜度為0(n);反向排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n2),因此改進(jìn)氣泡排序的平均時(shí)間復(fù)雜度為0(n2)。因此，使用改進(jìn)的起泡方法對(duì)電容器電壓進(jìn)行分類(lèi)，從而大大減少了排序時(shí)間和系統(tǒng)運(yùn)算量。圖4.1雙向冒泡算法原理圖如果Non為0則直接切除所有子模塊；這在某種程度上凸顯了如果Non不為0,則需要再判斷Non是否為n,如果為n,則意味系統(tǒng)需要投入所有子模塊，若果不為n,則通過(guò)判斷經(jīng)過(guò)子模塊電容的電流方向，若通過(guò)子模塊電容電流方向?yàn)檎瑒t現(xiàn)電壓平衡(李書(shū)豪，王子明，2023)。N=mYNN圖4.2雙向冒泡排序決策流程圖在對(duì)收集的MMC子模塊電容器電壓進(jìn)行分類(lèi)的過(guò)程中，如果將幾個(gè)子模塊子模塊進(jìn)行分組是最好的分組方法。在分組中仍然使用冒泡法排序法，組之間的平衡得到改善。按質(zhì)因子分組后排序的時(shí)間復(fù)雜度為(張?zhí)煊?，陳雅玲?023):文獻(xiàn)[8]中將子模塊直接分為用于分組排序的在每個(gè)排序過(guò)程中最多進(jìn)行N-1次比較。其應(yīng)用條件是：MMC模型采用戴因?yàn)榕判蛩惴ㄐ枰谂判蛑皩?duì)導(dǎo)通組和關(guān)斷組中子模塊的電容器電壓順序以嚴(yán)電容電壓的平均值和各個(gè)子模塊分組電容電壓的平均值，PI環(huán)節(jié)用于動(dòng)態(tài)分配每策制定及未來(lái)的研究方向產(chǎn)生積極影響。文獻(xiàn)[10]成功地將桶排序理論應(yīng)用于MMC排序均壓。該文根據(jù)實(shí)際的電壓大小(從小到大)將N個(gè)子模塊分為幾組，分組排序算法可以有效地降低排序復(fù)雜度，子模塊的電容電壓具有非常好的一致性，與傳統(tǒng)的排序算法有著基本無(wú)差別的排序效果，不會(huì)影響MMC系統(tǒng)特4.3平均值比較法平均值比較策略是計(jì)算初始化完成后已放入的子模塊的電容電壓的平均值，Nref表示控制器發(fā)送的投入子模塊的數(shù)量；Nold是上一個(gè)控制周期中投入子模塊的數(shù)量；Ue-ave是投入子模塊電容器電壓的平均值。通過(guò)平均值比較的方法，有效地切換了MMC系統(tǒng)初始化后的下一個(gè)周期的子模塊，以減少子模塊的頻繁切換，從而降低了MMC的故障率(陳思源，黃文婷，2023)。投入n個(gè)子模塊的電容器電壓的平均值的計(jì)算如公式(4.2)所示。已投入的子模塊數(shù)；Uc-ave為已投入的子模塊電容電壓平均值。Y圖4.3投入子模塊電容電壓平均值比較均衡控制如上圖4.3所示平均值比較法，是通過(guò)先由控制器發(fā)出需要投入子模塊數(shù)量N的指令，在其中能看出以及輸入上一周期子模塊電容電壓值Uc和子模塊電容電壓平均值Ue-ave,在比較本次需要投入的數(shù)量與上一次需要投入的數(shù)量進(jìn)行比較，如果本次需要投入的子模塊數(shù)量更大，則投入電容電壓值比Uc-ave高的子模塊，數(shù)量為兩次需投入的子模塊數(shù)量差，反之，則投入電容電壓值比Ue-ave低的子模塊，數(shù)量也是兩次需投入的子模塊數(shù)量差(何子璇，龔海濤，2023)。這在某種程度上彰顯了此方式避免了復(fù)雜的排序過(guò)程，但是由于判斷投入的子模塊電容電壓值只與平均值相比較，所以會(huì)造成電壓平衡效果較排序法效果較差，但是優(yōu)勢(shì)在于十分簡(jiǎn)便的計(jì)首先是關(guān)于雙向冒泡排序算法的m文件：functiony=doublebubble_sort(x)fori=1:1:(x_len-1)——i首相為1,公差為1,末相為輸入數(shù)據(jù)數(shù)量-1首相為1,公差為1,末相為輸入數(shù)據(jù)量-1if(x(right)<x(right-1))-—從后向前相鄰兩項(xiàng)比較[x(right),x(right-1)]=swap(x(right),x(right-1));—一換項(xiàng)if(x(left)>x(left+1))——從前向后相鄰兩項(xiàng)比較function[a,b]=swap(x,y)-—兩項(xiàng)交換的實(shí)現(xiàn)定義以上m文件是實(shí)現(xiàn)雙向升序冒泡排序的，如若要實(shí)現(xiàn)降序排序，則將文件中的<>調(diào)換位置即可實(shí)現(xiàn)降序排序。為探究雙向冒泡排序與普通冒泡排序在計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度上的效果有何不同，這在一定意義上揭示了本文選擇50、100、200、300、350、400六種排序元素個(gè)數(shù)，進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下圖所示圖4.4冒泡法與雙向冒泡排序法的比較分析下圖4.5為雙向冒泡法的觸發(fā)脈沖圖4.5向冒泡法的觸發(fā)脈沖圖4.6向冒泡法的單相子模塊電容電壓降低其計(jì)算復(fù)雜度，但是這個(gè)降低效果只有在需要排序的數(shù)據(jù)量較大時(shí)才有更好三種方法為平均值比較法，通過(guò)平均值比較的方法對(duì)MMC系關(guān)損耗。本文主要研究了NLM調(diào)制下MMC的電壓平衡策略的對(duì)比，通過(guò)在(1)雙向冒泡排序算法中，通過(guò)編寫(xiě)m文件實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的雙向冒泡排序，雙向冒泡排序與傳統(tǒng)的冒泡排序法相比在進(jìn)行的調(diào)換次數(shù)和排序時(shí)間有著愈發(fā)明(2)子模塊分組排序算法中，通過(guò)編寫(xiě)m文件實(shí)現(xiàn)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組排(3)平均值比較法中，通過(guò)編寫(xiě)m文件實(shí)現(xiàn)了對(duì)子模塊電容電壓值與子模塊電容電壓平均值的比較方式。但是由于投入的子模塊是通過(guò)與平均值比較大小得[1]HagiwaraM.ControlandExperimentofPulsewidth-ModulaElectron.2009,24.[2]RohnerS,BernetS,HillerM,[3]林哲宏、趙文輝、宋承志.基于冒泡原理的模塊化多電平換流器快速電壓[4]高宇彬、劉子騰、周曉峰，等.一種快速的模塊化多電平換流器電壓均衡控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2023,35(4):929