模塊化多電平變換器諧波分析與抑制研究.pdf

1、模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter, MMC）是一種級聯(lián)型的電力電子變換器，通過將多個子模塊串聯(lián)起來，可以組成適用于高電壓和大功率場合的變換器。相比于傳統(tǒng)的兩電平或三電平變換器，MMC可以采用較低的開關(guān)頻率實現(xiàn)較高的輸出電壓波形質(zhì)量，因而開關(guān)損耗相對較小，并且很容易進(jìn)行電壓等級和功率等級的擴展。MMC適用于各種高電壓和大功率的場合，例如高壓直流輸電、可再生能源并網(wǎng)、大功率電機驅(qū)動以及電網(wǎng)互聯(lián)等等

2、。由于MMC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點，其內(nèi)部各電壓量與電流量之間相互影響，產(chǎn)生很多電壓和電流諧波。MMC中的電壓和電流的諧波對其可靠、優(yōu)化運行有很大的影響。本文對MMC的電壓和電流的諧波特點進(jìn)行了研究，并提出了抑制諧波的方法；還針對最近電平調(diào)制方法分析了輸出電壓諧波的特點，并提出了改進(jìn)的控制方法。為了研究和解決MMC的諧波問題，本文主要進(jìn)行了以下工作：
　　(1) MMC由數(shù)量眾多的子模塊構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文根據(jù)描述MMC內(nèi)部動態(tài)特性的

3、基本數(shù)學(xué)方程搭建了MMC的連續(xù)仿真模型。連續(xù)仿真模型能準(zhǔn)確地反映MMC的穩(wěn)態(tài)波形特點和動態(tài)特性，能夠用于分析電壓或電流的諧波，也能用于驗證控制系統(tǒng)設(shè)計。相比于基于開關(guān)變換器（子模塊）的具體的仿真模型，連續(xù)仿真模型具有運行速度快的優(yōu)點，在需要重復(fù)運行仿真以調(diào)整電路和控制參數(shù)時更為方便。
　　(2)分析了當(dāng)控制MMC中的環(huán)流以消除環(huán)流中的二次諧波時，MMC的調(diào)制信號的解析表達(dá)式。提出了一種控制環(huán)流的復(fù)合校正方法，控制參數(shù)設(shè)計較為簡單，

4、改善了控制系統(tǒng)的動態(tài)特性?；谡{(diào)制信號的解析表達(dá)式，分析了不同的工況和參數(shù)下調(diào)制信號的特點，有助于調(diào)整MMC主電路參數(shù)以避免過調(diào)制問題。
　　(3)根據(jù) MMC內(nèi)部電壓、電流和調(diào)制信號之間的基本關(guān)系，分析了輸出電壓中的諧波的特點并推導(dǎo)出了相應(yīng)的諧波的表達(dá)式。分析發(fā)現(xiàn)，輸出電流中的n次諧波會在輸出電壓中產(chǎn)生n次和(n±2)次諧波，因而輸出基波電流會使輸出電壓中包含三次諧波。本文提出了一種抑制輸出電壓中三次諧波的直接補償方法。仿真和實

5、驗結(jié)果證明了這種諧波補償方法能夠有效抑制輸出電壓中的三次諧波，并且不會影響輸出電流控制和環(huán)流控制效果。
　　(4)最近電平調(diào)制方法具有容易實現(xiàn)、開關(guān)頻率低、開關(guān)損耗小等優(yōu)點，尤其適用于由多個子模塊串聯(lián)構(gòu)成的MMC。本文分析和比較了幾種最近電平調(diào)制方法的特性，并將最近電平調(diào)制與環(huán)流控制相結(jié)合，形成了一種同時控制環(huán)流和改進(jìn)輸出電壓波形質(zhì)量的方法。本文還分析了MMC采用最近電平調(diào)制方法時采樣頻率對環(huán)流控制效果的影響，以及考慮環(huán)流控制時采