模塊化多電平功率變換系統(tǒng)基礎研究.pdf

1、近年來電力電子變換器技術得到了飛速發(fā)展，高壓大功率能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求也日益增長。多電平變換器通過改進變換器自身拓撲結(jié)構來突破功率半導體器件容量的限制，已成為高壓大功率電能變換應用領域中的一種理想的解決方案。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter, MMC)以其突出的技術特點，克服了傳統(tǒng)多電平變換器的缺陷，是目前高壓大功率電力系統(tǒng)中最有吸引力的多電平變換器拓撲結(jié)構。為此，本文圍繞模塊化多電平功率變換系

2、統(tǒng)的電壓平衡方法、調(diào)制技術、容錯控制策略以及在光伏發(fā)電領域的應用進行了深入細致的研究。具體內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　論文首先分析了MMC的子模塊電容電壓平衡問題。從 MMC運行機制出發(fā)，建立MMC廣義動態(tài)模型，分析和比較了兩種傳統(tǒng)子模塊電容電壓平衡方法，然后在此基礎上提出一種基于歸并網(wǎng)絡的預測排序算法，分別從提高排序算法的效率和限制排序算法的工作頻率兩方面進行了改進，使子模塊電壓平衡控制方法對硬件的依賴程度降低，能夠減輕控制器負

3、擔，降低變換器的開關頻率。
　　論文對MMC的階梯波調(diào)制和標量脈寬調(diào)制的兩種調(diào)制技術進行了深入的研究。首先研究了適用于 MMC的階梯波調(diào)制技術，針對牛頓迭代法在求解階梯波調(diào)制的MMC開關角時的局部收斂性問題，提出一種改進的混合粒子群優(yōu)化算法，在求解的開始階段采用粒子群優(yōu)化算法全局范圍內(nèi)隨機搜索開關角方程的迭代初值，之后運用牛頓法快速迭代到精確解。其次，針對MMC矢量調(diào)制標量化問題，提出一種具有電容電壓平衡能力的標量脈寬調(diào)制方法，在

4、一維矢量空間上以最近的兩個電平線性地合成期望輸出電壓，合成矢量的作用時間只需要簡單的占空比計算即可實現(xiàn)，可以省去繁瑣的三角函數(shù)運算和坐標變換。論文對上述兩種調(diào)制技術進行了仿真和實驗驗證。
　　針對MMC系統(tǒng)的子模塊故障問題，對無冗余備用的模塊化多電平變換器容錯控制方法進行了研究。提出基于零序電壓注入方法的故障容錯控制策略，討論零序電壓注入的可行性，在此基礎上研究零序電壓注入對MMC相間功率分配的影響。容錯運行時的各個子模塊電容的額

5、定電壓保持恒定，避免了電容電壓波動對系統(tǒng)的暫態(tài)沖擊和相間環(huán)流驟升，增強了MMC的故障穿越能力，并且無須增加額外的硬件成本。
　　最后，論文研究了基于MMC拓撲結(jié)構的光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制策略。首先分析了采用 MMC拓撲結(jié)構的大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)配置的技術特點和優(yōu)勢，為深入理解模塊化多電平光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無功的雙向傳輸?shù)目尚行?，給出基于空間矢量分析的系統(tǒng)運行模式的推導過程，研究了含無功和諧波補償?shù)墓夥到y(tǒng)運行