模塊化多電平變換器變壓平衡策略研究.pdf

1、模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter-MMC)不需箝位器件和多個(gè)獨(dú)立直流電壓源，具有模塊化結(jié)構(gòu)、易擴(kuò)展到任意電平，可共享一個(gè)直流側(cè)，易實(shí)現(xiàn)直接背靠背四象限運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。
　　由于MMC利用子模塊中的懸浮電容對(duì)直流側(cè)分壓提供合成交流輸出電壓所需的電壓臺(tái)階，因此子模塊電容電壓的平衡對(duì)MMC的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文對(duì)影響MMC子模塊電容電壓平衡的因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析，重點(diǎn)對(duì)額定頻率下子

2、模塊電容電壓平均值控制策略和低頻時(shí)子模塊電容電壓脈動(dòng)抑制策略進(jìn)行了研究。
　　本文首先介紹了MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基本運(yùn)行原理和預(yù)充電方案，闡述了一種簡(jiǎn)化的調(diào)制策略，該策略結(jié)合了單個(gè)橋臂內(nèi)子模塊電容電壓的平衡方案，可使橋臂內(nèi)子模塊電容電壓保持相等。在此基礎(chǔ)上，將橋臂作為一個(gè)整體，從功率和能量的角度，對(duì)子模塊電容電壓的平均值變化規(guī)律和脈動(dòng)規(guī)律兩個(gè)方面進(jìn)行了分析，揭示了子模塊電容電壓與橋臂環(huán)流的內(nèi)在聯(lián)系。并為了研究和仿真的方便，建立了MM

3、C的連續(xù)模型。
　　MMC運(yùn)行于額定頻率時(shí)，通過電容參數(shù)的選擇，脈動(dòng)可控制在合理的范圍內(nèi)，其電壓平衡的控制目標(biāo)主要是保持平均值恒定。基于對(duì)子模塊電容電壓平均值變化規(guī)律與環(huán)流關(guān)系的分析，構(gòu)造了橋臂電容電壓和控制系統(tǒng)與橋臂電容電壓差控制系統(tǒng)。搭建了單相五電平物理模型和連續(xù)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)的電壓控制策略具有良好的性能，并驗(yàn)證了連續(xù)模型的合理性。
　　MMC運(yùn)行于低頻時(shí)，子模塊電容電壓脈動(dòng)急劇增大，本文在分析

4、了脈動(dòng)原因的基礎(chǔ)上，通過橋臂電壓和橋臂電流重構(gòu)，把橋臂功率低頻脈動(dòng)轉(zhuǎn)化為高頻脈動(dòng)，從而使子模塊電容電壓脈動(dòng)的幅值大大降低。搭建了三相五電平仿真模型對(duì)低頻電壓脈動(dòng)抑制策略進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提低頻電壓脈動(dòng)抑制策略的正確性。
　　最后，設(shè)計(jì)并搭建了單相五電平MMC實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，給出了子模塊主要單元的原理圖；采用DSP作為主控制器，F(xiàn)PGA為輔控制器的結(jié)構(gòu)，給出了FPGA的程序功能框圖和DSP的軟件流程圖，并對(duì)FPGA程序進(jìn)行了仿真