模塊化多電平換流器控制策略及其環(huán)流抑制.pdf

1、近年來，柔性直流輸電技術（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）已經(jīng)成為目前輸配電領域的研究重點。但是目前在 HVDC的研究中仍舊有許多問題亟待解決。傳統(tǒng)的直流輸電技術主要采用的兩電平換流器或者采用的是三電平換流器，但是這兩種換流器在正常運行中，技術方面仍舊存在很多方面的不足與缺點。西門子公司（SIEMENS）提出

2、一種新型的拓撲結(jié)構——模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter, MMC），該種拓撲結(jié)構在能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)兩電平、三電平換流器功能的同時，還擁有增大系統(tǒng)容量，提高電壓等級，改善電能質(zhì)量，易于擴展等優(yōu)點。在解決傳統(tǒng)換流器存在問題的同時，模塊化的設計使得其靈活性更高，更便于擴展。
　　本文針對MMC換流器的拓撲結(jié)構，進行了簡要的介紹，詳細分析了MMC換流器的工作原理，就半橋式的功率子模塊拓撲結(jié)構的工作模

3、式進行分析。MMC換流器正常工作之前，功率子模塊電容中不提供電壓，假如直接進行工作，會產(chǎn)生很大的浪涌電流，因此需要對功率子模塊電容電壓進行預充電，當其達到額定工作電壓之后再進入正常工作狀態(tài)。MMC換流器在運行當中，由于橋臂電流的作用，子模塊電容處于充放電狀態(tài)，其電壓會出現(xiàn)一定的波動，平衡子模塊電容電壓使其穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)是十分必要的，否則將影響整個換流器的正常工作。在半橋結(jié)構的功率子模塊結(jié)構的基礎上，本文建立MMC換流器的理想開關模型，

4、并對MMC進行數(shù)學建模。
　　基于MMC換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)（MMC-HVDC）其控制策略可以分為系統(tǒng)層級控制與裝置層級的控制。系統(tǒng)層級的控制主要用于控制 HVDC系統(tǒng)的潮流方向、電壓、頻率等參數(shù)。外環(huán)控制主要介紹了：定直流電壓控制、定有功功率控制、定無功功率控制。在電流內(nèi)環(huán)控制中，電流的d軸與q軸分量之間存在耦合，需要對其進行解耦控制以實現(xiàn)獨立控制。裝置層級控制主要是對MMC器件本身進行控制，保證其穩(wěn)定正常運行。本文介紹了目

5、前應用于MMC換流器的幾種調(diào)制策略，并分析了其各自的優(yōu)缺點以及應用場合。針對MMC換流器子模塊電容電壓波動問題，本文中使用子模塊電容排序的方法，進行了詳細的介紹，該種方法可以將電容電壓波動抑制在一定的范圍內(nèi)。
　　在實際的運行當中，由于子模塊電容電壓的存在波動，三相的三橋臂的電壓之間不會產(chǎn)生不平衡的情況。該電壓差使得MMC三相橋臂之間出現(xiàn)環(huán)流，該內(nèi)部環(huán)流分量將會使得橋臂電流發(fā)生畸變，增加損耗。本文進行數(shù)學推導，驗證MMC換流器三相

6、之間環(huán)流的存在，并對此建立數(shù)學模型進行分析。本文在建立的模型的基礎上，提出一種通過補償相間環(huán)流電壓降的MMC換流器環(huán)流通用抑制控制算法。在此基礎上，提出一種MMC換流器的環(huán)流抑制控制算法，通過對二倍頻負序環(huán)流進行分解變換以進行消除，減小環(huán)流對MMC換流器運行的影響。
　　最后，本文在Matlab/Simulink軟件中搭建MMC換流器仿真模型。在整流和逆變兩種工作狀況下，搭建了一個5電平的MMC仿真模型，驗證之前理論分析中雙環(huán)控制