模塊化多電平變換器的電壓控制與環(huán)流抑制方案研究.pdf

1、隨著風能、太陽能等可再生能源發(fā)電技術(shù)的廣泛應用，對于高壓遠距離輸電提出了更高的要求。多電平拓撲結(jié)構(gòu)由于其對于器件的應力要求低，輸出波形質(zhì)量高等優(yōu)點，成為解決高電壓、大功率電能變換的有效手段。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)由于其獨特的模塊化結(jié)構(gòu)、良好的擴容特性、針對于電網(wǎng)的不平衡運行能力、故障保護能力等多方面的優(yōu)勢，其在眾多的多電平變換器拓撲中脫穎而出，在直流輸電領域得到了廣泛應用。

2、此外，MMC近些年來在其它領域也逐漸得以應用，如電機驅(qū)動、靜止無功補償、電氣牽引、分布式發(fā)電等。
　　本文首先介紹了MMC的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對其拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理進行了分析，得出了其交直流側(cè)等效模型；并介紹了當前應用于MMC的調(diào)制策略，對比了它們的優(yōu)缺點。在此基礎上，對MMC的電壓控制方案與環(huán)流抑制方案進行了深入研究。
　　在電壓控制方面，分析了啟動過程中的電壓控制和穩(wěn)態(tài)情況下的電壓平衡問題?；谀芰靠刂频脑?，提出了一種應

3、用于單相MMC系統(tǒng)的啟動方案，該方案可以分為兩個階段，不控整流階段與能量控制階段；能量控制階段，主要是利用上下橋臂的能量之和與能量的差值去控制上下橋臂子模塊的電容電壓，詳細分析了啟動過程中能量的轉(zhuǎn)換過程。對于MMC穩(wěn)態(tài)運行，介紹了穩(wěn)態(tài)下的橋臂級與子模塊級的電容電壓平衡方案，并且分析與研究了一種基于改進的最近電平逼近調(diào)制策略的選擇投切機制，橋臂在每一個控制周期，只動作一個開關管，該開關管是以PWM方式進行投入或切除，在保證電容電壓良好的平

4、衡度下對于開關器件開關頻率的優(yōu)化。
　　在環(huán)流抑制方面，本文分析了環(huán)流的產(chǎn)生機理，在充分考慮子模塊電容電壓波動的基礎上，分析了環(huán)流諧波中不同階次的耦合情況，推導了詳細的穩(wěn)態(tài)下的環(huán)流模型，在此基礎上使用陷波器對2倍頻環(huán)流分量進行單獨提取，并設計了PR環(huán)流抑制器，取得了良好的抑制效果。
　　最后搭建了單相16個模塊的MMC實驗平臺，設計了平臺的數(shù)字控制系統(tǒng)。通過實驗驗證了本文提出的啟動方案、電壓平衡控制投切機制以及環(huán)流抑制方案的