模塊化多電平換流器型直流輸電若干問題研究.pdf

1、模塊化多電平換流器(MMC)是電壓源換流器的一種多電平拓?fù)?。由于MMC不需要將IGBT直接串聯(lián)來提高閥的耐壓等級，從而避免了大功率器件開關(guān)過程中的動態(tài)均壓問題，因此非常適合在高壓大功率的柔性直流輸電場合應(yīng)用。由于MMC-HVDC大大降低了柔性直流換流閥設(shè)備制造商的技術(shù)門檻，因此目前成為了全世界工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。雖然最近幾年有大量關(guān)于MMC的研究成果公開，但相對于二電平VSC-HVDC，對MMC-HVDC的研究還處于起步階段。

2、本文針對子模塊類型為半H橋的MMC-HVDC系統(tǒng)，主要研究了以下幾個方面的問題:
　　(1)在MMC低頻連續(xù)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了MMC的交直流側(cè)解耦等效電路。從理論上證明了二電平VSC-HVDC的交流側(cè)外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制策略完全適用于MMC-HVDC系統(tǒng)。同時(shí)從內(nèi)部電動勢取值范圍的角度，分析了MMC額定運(yùn)行點(diǎn)的選取方法和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍的確定原則。
　　(2)對MMC現(xiàn)有的幾種調(diào)制方式進(jìn)行了比較，提出了適用于MMC的

3、改進(jìn)載波相移調(diào)制方式和降開關(guān)頻率的電容電壓均衡控制算法。將該方法與最近電平控制方式相比較，分別從諧波水平、基波跟蹤誤差兩個方面分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　(3)研究了MMC內(nèi)部環(huán)流的形成機(jī)理，從數(shù)學(xué)角度證明了環(huán)流的存在性。然后針對環(huán)流中的主要分量——二次諧波分量，利用二倍頻負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，建立了dq坐標(biāo)下的環(huán)流模型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的環(huán)流抑制控制器(CCSC)，將交流環(huán)流分解為兩個直流分量，并分別加以抑制。CCSC可以在不影響交流側(cè)電

4、流控制的情況下，消除MMC的內(nèi)部環(huán)流，同時(shí)還可以減小子模塊電容電壓的波動范圍。
　　(4)在分析MMC換流閥損耗構(gòu)成的基礎(chǔ)上，用曲線擬合方法對廠家的IGBT模塊參數(shù)進(jìn)行提取。根據(jù)IGBT的熱電路模型，將結(jié)溫作為反饋?zhàn)兞?，提出了考慮結(jié)溫變化的MMC損耗計(jì)算方法。最后用該方法編寫了基于仿真模型的損耗計(jì)算模塊，對MMC子模塊各部分的損耗和半導(dǎo)體器件的結(jié)溫進(jìn)行了計(jì)算。針對較多子模塊和較少子模塊兩種情況，進(jìn)行了損耗評估，結(jié)果表明在較多子模塊

5、的情況下，可以選擇較低的載波頻率，并結(jié)合提出的降開關(guān)頻率電容電壓均衡控制算法，使MMC的開關(guān)損耗大幅下降。
　　(5)針對MMC-HVDC交流系統(tǒng)不對稱故障時(shí)，直流電壓中存在二次諧波的問題，設(shè)計(jì)了一種直流電壓波動抑制控制器(DCVRSC)。該控制器可以在不影響交流側(cè)負(fù)序電流控制，保持交流側(cè)電流對稱的情況下，同時(shí)消除直流側(cè)二次諧波電壓。還針對直流電壓控制站交流系統(tǒng)故障時(shí)直流電壓失控的問題，將二電平VSC-HVDC系統(tǒng)的低壓限流單元(