模塊化多電平換流器調(diào)制策略研究.pdf

1、隨著光伏、風(fēng)電等新能源接入并網(wǎng)，以及城市配電網(wǎng)擴(kuò)容、孤島負(fù)荷供電等問題的出現(xiàn)，使得柔性直流輸電技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。德國學(xué)者RainerMarquardt于2002年首次提出模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)撲結(jié)構(gòu)，該拓?fù)湟蚱淠K化設(shè)計(jì)、良好冗余性及輸出諧波低等優(yōu)點(diǎn)成為新一代柔性直流輸電技術(shù)的核心設(shè)備。經(jīng)過十幾年發(fā)展MMC研究取得較大進(jìn)展并在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。盡管MMC的研究已取得

2、較大進(jìn)展，但仍有許多問題值得進(jìn)一步探索。
　　本文以MMC換流器作為研究對象，從以下幾個(gè)方面對其進(jìn)行研究:
　　(1)研究了MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本工作原理，針對三相MMC主電路建立了數(shù)學(xué)模型，同時(shí)建立了基于RT-LAB的半實(shí)物系統(tǒng)，詳細(xì)描述了MMC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和RT-LAB系統(tǒng)建模，為后續(xù)控制策略的研究建立實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　(2)對比分析了適用于MMC的各類調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并重點(diǎn)對載波移相和最近電平逼近調(diào)制進(jìn)行深入研究

3、。詳細(xì)分析了載波移相角和電平數(shù)的關(guān)系，給出n+1電平和2n+1電平實(shí)現(xiàn)方式，并推廣到載波層疊和最近電平逼近調(diào)制(nearestlevel modulation，NLM)方式下。改進(jìn)的NLM調(diào)制即通過逼近不同調(diào)制波實(shí)現(xiàn)2n+1電平輸出，在模塊數(shù)較少時(shí)NLM仍適用。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述分析的有效性和可行性。
　　(3)對電容電壓波動(dòng)機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，指出電容電壓波動(dòng)幅值與交直流側(cè)電流和調(diào)制比成正比，與基波頻率和電容容值成反比。

4、結(jié)合不同的調(diào)制策略給出不同的均壓控制方法。在載波移相調(diào)制方式下采用了一種電容電壓分級(jí)控制的方式。結(jié)合載波層疊調(diào)制(Carrier Disposition SPWM，CD-SPWM)和NLM調(diào)制改進(jìn)了傳統(tǒng)的排序均壓控制方式，在投入模塊數(shù)目不發(fā)生改變時(shí)，使上一個(gè)控制周期內(nèi)投入的子模塊(SubModule，SM)在下一個(gè)控制周期內(nèi)盡可能投入，從而降低不必要的開關(guān)投切。仿真和實(shí)驗(yàn)表明優(yōu)化后的均壓并沒有導(dǎo)致模塊電壓波動(dòng)增大，但卻降低了開關(guān)狀態(tài)的切

5、換。
　　(4)圍繞相間環(huán)流分析及抑制方法展開研究，首先對MMC相間環(huán)流在正常和子模塊無冗余故障工況下進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。指出相間環(huán)流以二倍頻負(fù)序?yàn)橹?。而在故障工況下三相間的二倍頻環(huán)流并不成負(fù)序?qū)ΨQ關(guān)系，因此給出一種采用二階廣義積分器(second order generalized integrator, SOGI)+低通濾波器的方式提取諧波分量，并基于準(zhǔn)PR控制器環(huán)流量進(jìn)行抑制。同時(shí)對不同工況下，有無環(huán)流控制進(jìn)行仿真及實(shí)驗(yàn)。對于MM