模塊化多電平變流器(MMC)實驗裝置的研制.pdf

1、近年來，模塊化多電平變流器(Modular Multilevel Converter，MMC)憑借其功率器件開關頻率低、交流輸出電壓諧波小、模塊化程度高等優(yōu)點，在高壓大功率場合特別是柔性直流輸電場合得到了廣泛的應用。因此，國內(nèi)外學者對MMC進行了大量研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了子模塊的工作狀態(tài)和MMC的工作原理;然后，從能量守恒的角度分析了電容電壓的波動機理及其與環(huán)流的相互作用關系，指出電容電壓波動以基頻和二倍頻為主并

2、分析了電壓波動的影響因素，同時總結了環(huán)流對電容電壓波動、交流輸出電壓和橋臂電流等的影響。⑵介紹了兩種MMC常用的調(diào)制策略:載波移相正弦脈寬調(diào)制(CPS-SPWM)和最近電平逼近調(diào)制(NLM)，以及分別適用于這兩種調(diào)制策略的分級均壓策略和排序均壓策略;前者輸出諧波特性好，適用于子模塊數(shù)較少的場合，后者原理簡單，實現(xiàn)容易，適合子模塊數(shù)很多的場合。針對傳統(tǒng)的排序均壓策略存在的開關動作頻繁問題進行了優(yōu)化設計，在保證子模塊電容電壓波動較小的同時，

3、可以有效減少開關器件的動作次數(shù)，從而降低開關損耗;通過仿真和實驗對優(yōu)化前后的均壓策略進行了對比分析。⑶為了驗證研究成果，設計了MMC實驗裝置，從理論分析出發(fā)對主電路關鍵參數(shù)的選擇進行了研究。介紹了實驗裝置的三級控制架構，給出了各部分的主要功能;從能量波動的角度給出了子模塊電容的選取原則;從滿足功率運行范圍、限制二倍頻環(huán)流、避免系統(tǒng)諧振3個方面給出了橋臂電感的選取原則。⑷針對MMC實驗裝置的啟動問題，設計了交流側(cè)和直流側(cè)兩種預充電方法，并

4、對閉鎖階段和解鎖階段的充電過程進行了詳細分析，給出了具體的充電步驟和限流電阻的計算方法;在交流側(cè)充電的過程中，引入了直流電壓斜率控制，可以有效抑制解鎖瞬間的沖擊電流。⑸提出了一種集成控制器的子模塊設計方案，使用CPLD作為子模塊控制器，實現(xiàn)本地控制和保護。從功率電路和控制系統(tǒng)兩方面介紹了子模塊的設計方法，所設計的子模塊功能完善，通信簡單，且具有完整的保護系統(tǒng)。此外，簡單說明了子模塊的測試方法。⑹在MMC實驗裝置上進行實驗，驗證了本文的理