模塊化多電平換流器控制策略及其環(huán)流抑制.pdf

1、近年來(lái)，柔性直流輸電技術(shù)（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）已經(jīng)成為目前輸配電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。但是目前在 HVDC的研究中仍舊有許多問(wèn)題亟待解決。傳統(tǒng)的直流輸電技術(shù)主要采用的兩電平換流器或者采用的是三電平換流器，但是這兩種換流器在正常運(yùn)行中，技術(shù)方面仍舊存在很多方面的不足與缺點(diǎn)。西門(mén)子公司（SIEMENS）提出

2、一種新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter, MMC），該種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)兩電平、三電平換流器功能的同時(shí)，還擁有增大系統(tǒng)容量，提高電壓等級(jí)，改善電能質(zhì)量，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。在解決傳統(tǒng)換流器存在問(wèn)題的同時(shí)，模塊化的設(shè)計(jì)使得其靈活性更高，更便于擴(kuò)展。
　　本文針對(duì)MMC換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，詳細(xì)分析了MMC換流器的工作原理，就半橋式的功率子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作模

3、式進(jìn)行分析。MMC換流器正常工作之前，功率子模塊電容中不提供電壓，假如直接進(jìn)行工作，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，因此需要對(duì)功率子模塊電容電壓進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)其達(dá)到額定工作電壓之后再進(jìn)入正常工作狀態(tài)。MMC換流器在運(yùn)行當(dāng)中，由于橋臂電流的作用，子模塊電容處于充放電狀態(tài)，其電壓會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，平衡子模塊電容電壓使其穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)是十分必要的，否則將影響整個(gè)換流器的正常工作。在半橋結(jié)構(gòu)的功率子模塊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文建立MMC換流器的理想開(kāi)關(guān)模型，

4、并對(duì)MMC進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。
　　基于MMC換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)（MMC-HVDC）其控制策略可以分為系統(tǒng)層級(jí)控制與裝置層級(jí)的控制。系統(tǒng)層級(jí)的控制主要用于控制 HVDC系統(tǒng)的潮流方向、電壓、頻率等參數(shù)。外環(huán)控制主要介紹了：定直流電壓控制、定有功功率控制、定無(wú)功功率控制。在電流內(nèi)環(huán)控制中，電流的d軸與q軸分量之間存在耦合，需要對(duì)其進(jìn)行解耦控制以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。裝置層級(jí)控制主要是對(duì)MMC器件本身進(jìn)行控制，保證其穩(wěn)定正常運(yùn)行。本文介紹了目

5、前應(yīng)用于MMC換流器的幾種調(diào)制策略，并分析了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合。針對(duì)MMC換流器子模塊電容電壓波動(dòng)問(wèn)題，本文中使用子模塊電容排序的方法，進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，該種方法可以將電容電壓波動(dòng)抑制在一定的范圍內(nèi)。
　　在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中，由于子模塊電容電壓的存在波動(dòng)，三相的三橋臂的電壓之間不會(huì)產(chǎn)生不平衡的情況。該電壓差使得MMC三相橋臂之間出現(xiàn)環(huán)流，該內(nèi)部環(huán)流分量將會(huì)使得橋臂電流發(fā)生畸變，增加損耗。本文進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，驗(yàn)證MMC換流器三相

6、之間環(huán)流的存在，并對(duì)此建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。本文在建立的模型的基礎(chǔ)上，提出一種通過(guò)補(bǔ)償相間環(huán)流電壓降的MMC換流器環(huán)流通用抑制控制算法。在此基礎(chǔ)上，提出一種MMC換流器的環(huán)流抑制控制算法，通過(guò)對(duì)二倍頻負(fù)序環(huán)流進(jìn)行分解變換以進(jìn)行消除，減小環(huán)流對(duì)MMC換流器運(yùn)行的影響。
　　最后，本文在Matlab/Simulink軟件中搭建MMC換流器仿真模型。在整流和逆變兩種工作狀況下，搭建了一個(gè)5電平的MMC仿真模型，驗(yàn)證之前理論分析中雙環(huán)控制