基于新型四電平子模塊的多電平換流器及其控制策略研究.pdf

1、模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)與傳統(tǒng)電壓源換流器(Voltage Source Converter, VSC)的換流站相比，具有輸出波形質(zhì)量高，開關(guān)器件損耗、階躍電壓低，并且處理故障能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)緊湊，換流站高度模塊化，通過增加橋臂中的級(jí)聯(lián)子模塊數(shù)目，其輸出可擴(kuò)展到任意數(shù)量的電平數(shù)、且擁有直流公共母線、可靠性高、維護(hù)方便，逐漸在高壓直流輸電(high voltag

2、e DC transmission HVDC)領(lǐng)域變得越來越具競(jìng)爭(zhēng)力，并且在新能源并網(wǎng)，城市電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　在高壓直流輸電領(lǐng)域，由于功率、電壓等級(jí)高，需要的電平數(shù)量更多，基于傳統(tǒng)半橋子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 MMC換流站需要的模塊數(shù)量大，開關(guān)頻率高，計(jì)算量相對(duì)較大。針對(duì)這一問題，本文提出一種新型子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該子模塊由5個(gè)IGBT、3個(gè)電容器及一定數(shù)量的續(xù)流二極管構(gòu)成，可以輸出0，1，2，3四種電平，使得換流器在

3、需要輸出更高電平數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合需要的子模塊數(shù)量更少，同時(shí)相比基于傳統(tǒng)半橋子模塊的 MMC系統(tǒng)，在相同輸出電平數(shù)的限制下所需要的IGBT開關(guān)數(shù)量更少。故針對(duì)該新型子模塊的相應(yīng)控制策略研究具有實(shí)際意思。文章具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　①分析了傳統(tǒng)半橋子模塊結(jié)構(gòu)的工作原理，建立了基于半橋子模塊的模塊化多電平換流站的數(shù)學(xué)模型，闡述其基本運(yùn)行原理，并在此基礎(chǔ)上提出新型四電平子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，說明了其工作原理，分析了在不同工作狀態(tài)下新型子拓?fù)漭敵銮闆r

4、、開關(guān)狀態(tài)及電容投切情況，并給出了詳細(xì)開關(guān)表用于后續(xù)控制策略研究。
　?、诮榻B了針對(duì) MMC系統(tǒng)常見的調(diào)制策略并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)新型子拓?fù)淇梢暂敵龈唠娖綌?shù)的特點(diǎn)，著重分析了階梯波調(diào)制技術(shù)中的最近電平逼近調(diào)制方法，給出了該調(diào)制策略在新型子模塊 MMC上的具體實(shí)現(xiàn)方法。基于排序的電容電壓平衡方法，結(jié)合最近電平逼近調(diào)制方法與新型子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出適用于新型子模塊的電容電壓平衡策略，使得子模塊內(nèi)三個(gè)電容的電壓值可以在一定范圍內(nèi)

5、保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。
　?、劢MC通用數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了新型子模塊MMC系統(tǒng)的交流回路控制器。將交流回路控制器分為內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)控制器。外環(huán)控制器分為有功功率控制器、無功功率控制。通過仿真分析了新型子模塊 MMC的穩(wěn)態(tài)特性，相比半橋子模塊MMC，新型子模塊MMC的效率更高。
　?、芊治隽巳嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)功率傳輸原理，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立了基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了高壓直流輸電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)