模塊化多電平換流器環(huán)流諧波與電容電壓波動的抑制技術.pdf

1、模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一種新穎的多電平電壓源換流器，其子模塊(Sub Module, SM)相互級聯(lián)、易于拓展、便于裝配，且可以獲得交流輸出近乎完美的正弦特性和較高的電壓等級，因而 MMC在中高壓應用領域具有明顯的優(yōu)勢。目前，MMC已廣泛應用在高壓直流輸電(High Voltage Direct Current, HVDC)領域，作為電能發(fā)送端和接受端的換流裝置；除此之

2、外，MMC在中壓電機驅動方面也擁有著巨大的潛力及廣闊的應用空間。相較于傳統(tǒng)H橋級聯(lián)(Cascaded H-bridge, CHB)結構，MMC應用于電機驅動時無須采用昂貴且龐大的移相變壓器，僅利用同一個直流母線即可向三相交流側提供能量。然而，MMC應用在電機驅動場合時所面臨的主要挑戰(zhàn)是其低頻工作時嚴重的子模塊電容電壓波動問題。
　　MMC穩(wěn)定運行的前提是SM電容電壓的均衡，本文基于對MMC工作原理和數(shù)學模型的分析，闡述了適用于MM

3、C的控制策略，實現(xiàn)對有功、無功功率的調節(jié)及對電容電壓的均衡控制。電容電壓的控制本質上是對流經(jīng) SM的內部環(huán)流的控制。然而，環(huán)流中存在的偶次諧波，如不加抑制會造成橋臂電流發(fā)生畸變，增加 MMC暫態(tài)不穩(wěn)定性、加大開關器件承受的電流應力以及變換器的損耗。對此，本課題提出了一種基于比例重復控制器(Proportional Repetitive Controller, PRC)的環(huán)流諧波抑制方法，能夠準確的跟蹤并抑制多次環(huán)流諧波。
　　本文

4、分析了MMC電容電壓波動的形成原因以及波動成分，其中包含二倍頻共模波動及基頻差模波動。在理論分析的基礎上，本文提出了基于比例積分諧振(Proportional Integral Resonant, PIR)控制器的電容電壓共模波動抑制方法。針對差模電壓波動，本文提出了基于高頻環(huán)流閉環(huán)注入的波動抑制方法，即在MMC交流側注入高頻共模電壓并注入同頻率的環(huán)流構建上下橋臂之間能量交換的快速通道，最終抑制差模波動；在此基礎上，本文討論了需要注入的