模塊化多電平變換器的電壓控制與環(huán)流抑制方案研究.pdf

1、隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于高壓遠(yuǎn)距離輸電提出了更高的要求。多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于其對(duì)于器件的應(yīng)力要求低，輸出波形質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，成為解決高電壓、大功率電能變換的有效手段。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)由于其獨(dú)特的模塊化結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)容特性、針對(duì)于電網(wǎng)的不平衡運(yùn)行能力、故障保護(hù)能力等多方面的優(yōu)勢(shì)，其在眾多的多電平變換器拓?fù)渲忻摲f而出，在直流輸電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2、此外，MMC近些年來(lái)在其它領(lǐng)域也逐漸得以應(yīng)用，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電氣牽引、分布式發(fā)電等。
　　本文首先介紹了MMC的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了分析，得出了其交直流側(cè)等效模型；并介紹了當(dāng)前應(yīng)用于MMC的調(diào)制策略，對(duì)比了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)MMC的電壓控制方案與環(huán)流抑制方案進(jìn)行了深入研究。
　　在電壓控制方面，分析了啟動(dòng)過(guò)程中的電壓控制和穩(wěn)態(tài)情況下的電壓平衡問(wèn)題。基于能量控制的原理，提出了一種應(yīng)

3、用于單相MMC系統(tǒng)的啟動(dòng)方案，該方案可以分為兩個(gè)階段，不控整流階段與能量控制階段；能量控制階段，主要是利用上下橋臂的能量之和與能量的差值去控制上下橋臂子模塊的電容電壓，詳細(xì)分析了啟動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程。對(duì)于MMC穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，介紹了穩(wěn)態(tài)下的橋臂級(jí)與子模塊級(jí)的電容電壓平衡方案，并且分析與研究了一種基于改進(jìn)的最近電平逼近調(diào)制策略的選擇投切機(jī)制，橋臂在每一個(gè)控制周期，只動(dòng)作一個(gè)開(kāi)關(guān)管，該開(kāi)關(guān)管是以PWM方式進(jìn)行投入或切除，在保證電容電壓良好的平

4、衡度下對(duì)于開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)化。
　　在環(huán)流抑制方面，本文分析了環(huán)流的產(chǎn)生機(jī)理，在充分考慮子模塊電容電壓波動(dòng)的基礎(chǔ)上，分析了環(huán)流諧波中不同階次的耦合情況，推導(dǎo)了詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)下的環(huán)流模型，在此基礎(chǔ)上使用陷波器對(duì)2倍頻環(huán)流分量進(jìn)行單獨(dú)提取，并設(shè)計(jì)了PR環(huán)流抑制器，取得了良好的抑制效果。
　　最后搭建了單相16個(gè)模塊的MMC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了平臺(tái)的數(shù)字控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的啟動(dòng)方案、電壓平衡控制投切機(jī)制以及環(huán)流抑制方案的