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直流側(cè)分壓提供合成交流輸出電壓所需的電壓臺階，因此子模塊電容電壓的平衡對MMC的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文對影響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)對額定頻率下子

2、模塊電容電壓平均值控制策略和低頻時子模塊電容電壓脈動抑制策略進(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，闡述了一種簡化的調(diào)制策略，該策略結(jié)合了單個橋臂內(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，將橋臂作為一個整體，從功率和能量的角度，對子模塊電容電壓的平均值變化規(guī)律和脈動規(guī)律兩個方面進(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，通過電容參數(shù)的選擇，脈動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?；趯ψ幽K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，子模塊電容電壓脈動急劇增大，本文在分析

4、了脈動原因的基礎(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轉(zhuǎn)化為高頻脈動，從而使子模塊電容電壓脈動的幅值大大降低。搭建了三相五電平仿真模型對低頻電壓脈動抑制策略進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提低頻電壓脈動抑制策略的正確性。
　　最后，設(shè)計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FPGA程序進(jìn)行了仿真