模塊化多電平換流器環(huán)流諧波與電容電壓波動(dòng)的抑制技術(shù)

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TM615 學(xué)校代碼：10213 國(guó)際圖書分類號(hào)：621.3 密級(jí)：公開(kāi) 工程 工程碩士學(xué)位論文 碩士學(xué)位論文 模塊化多電平換流器環(huán)流諧波與 電容電壓波動(dòng)的抑制技術(shù) 碩 士 研 究 生 ： 徐聃聃 導(dǎo) 師 ： 徐殿國(guó) 申 請(qǐng) 學(xué) 位 ： 工程碩士 學(xué) 科 ： 電

2、氣工程 所 在 單 位 ： 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 答 辯 日 期 ： 2015 年 6 月 授予學(xué)位單位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 - I - 摘 要 模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一種新穎的多電平電壓源換流器，其子模塊(Sub Module, SM)相互級(jí)聯(lián)、 易于拓展、 便于裝配，且可以獲得交流輸出近乎完美的正弦特性和較高

3、的電壓等級(jí)，因而 MMC 在中高壓應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，MMC 已廣泛應(yīng)用在高壓直流輸電(High Voltage Direct Current, HVDC)領(lǐng)域，作為電能發(fā)送端和接受端的換流裝置；除此之外，MMC 在中壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面也擁有著巨大的潛力及廣闊的應(yīng)用空間。相較于傳統(tǒng) H 橋級(jí)聯(lián)(Cascaded H-bridge, CHB)結(jié)構(gòu)，MMC 應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)無(wú)須采用昂貴且龐大的移相變壓器，僅利用同一個(gè)直流母線即可向三相

4、交流側(cè)提供能量。然而，MMC 應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合時(shí)所面臨的主要挑戰(zhàn)是其低頻工作時(shí)嚴(yán)重的子模塊電容電壓波動(dòng)問(wèn)題。 MMC 穩(wěn)定運(yùn)行的前提是 SM 電容電壓的均衡， 本文基于對(duì) MMC 工作原理和數(shù)學(xué)模型的分析，闡述了適用于 MMC 的控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)有功、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)及對(duì)電容電壓的均衡控制。電容電壓的控制本質(zhì)上是對(duì)流經(jīng) SM 的內(nèi)部環(huán)流的控制。然而，環(huán)流中存在的偶次諧波，如不加抑制會(huì)造成橋臂電流發(fā)生畸變，增加 MMC 暫態(tài)不穩(wěn)定性、加大

5、開(kāi)關(guān)器件承受的電流應(yīng)力以及變換器的損耗。對(duì)此，本課題提出了一種基于比例重復(fù)控制器(Proportional Repetitive Controller, PRC)的環(huán)流諧波抑制方法，能夠準(zhǔn)確的跟蹤并抑制多次環(huán)流諧波。 本文分析了 MMC 電容電壓波動(dòng)的形成原因以及波動(dòng)成分，其中包含二倍頻共模波動(dòng)及基頻差模波動(dòng)。在理論分析的基礎(chǔ)上，本文提出了基于比例積分諧振(Proportional Integral Resonant, PIR)控制器的

6、電容電壓共模波動(dòng)抑制方法。針對(duì)差模電壓波動(dòng)，本文提出了基于高頻環(huán)流閉環(huán)注入的波動(dòng)抑制方法，即在 MMC 交流側(cè)注入高頻共模電壓并注入同頻率的環(huán)流構(gòu)建上下橋臂之間能量交換的快速通道，最終抑制差模波動(dòng)；在此基礎(chǔ)上，本文討論了需要注入的環(huán)流最優(yōu)值，最大限度的減小橋臂電流應(yīng)力，提出了 MMC 低頻工作時(shí)的整體控制策略；最終，采用梯形波取代正弦波作為注入的高頻環(huán)流及共模電壓，大大降低高頻環(huán)流的幅值。 最終，本文通過(guò)在 MATLAB\Simulin