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模块化多电平换流器电压均衡控制策略研究

 2022-11-09 11:11  

论文总字数:18673字

摘 要

在电力传动和电力系统的领域应用高压大功率的电子设备的研究引起了国内外学者的广泛关注。针对MMC的控制策略进行研究,研究内容包括:调制策略,子模块的电容电压均衡控制策略,环流抑制策略。首先分析MMC的拓扑机构以及工作的原理,然后建立MMC的模型。MMC子模块的电容电压均衡控制分为两层控制,第一层为电压控制,第二层为抑制环流控制。建立仿真的模型进行仿真验证,在MMC环流的产生机理中,结合仿真环流模型,分析仿真结果,验证了本文的MMC控制策略的可行性。

关键词:模块化多电平变换器;载波移相;电压均衡控制

Modulation Strategy of Modular Multilevel Inverters

Abstract

In the field of power transmission and power system, the research on the application of high-voltage large kilometer electronic equipment has attracted extensive attention of scholars at home and abroad. In this paper, the control strategy of real MMC is studied, including: modulation strategy, sub module capacitor voltage balancing control strategy, circulating current suppression strategy. Firstly, the topology and working principle of MMC are analyzed, and then the model of MMC is established to analyze the output phase voltage of carrier phase shifting strategy with N1 and 2n1 output levels.

The capacitor voltage balance control of MMC sub module is divided into two layers, the first layer is voltage control, and the second layer is circulation suppression control. In the generation mechanism of MMC circulation, combined with the simulation circulation model, the control strategy of restraining circulation is analyzed, the effective frequency doubling component of restraining circulation is simulated, and the distortion of bridge arm circulation is eliminated. The experimental results are consistent with the simulation results, which verifies the feasibility of the MMC control strategy.

Key words: modular multilevel converter,Carrier phase shift,Voltage balance control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 多电平变换器的研究现状 1

1.3 模块化多电平变换器的应用 4

第二章 MMC的工作原理分析 5

2.1 MMC主电路结构 5

2.2 子模块的拓扑结构 6

2.3 子模块工作特性 8

2.4 MMC 的输出特性 9

2.5 MMC 的运行特性 11

2.6 MMC的输出电平数 12

2.7 主要参数的选取 13

2.7.1 子模块电容参数的选取 13

2.7.2 桥臂电感参数的选取 13

第三章 模块化多电平换流器的不同调制策略分析 15

3.1 最近电平逼近调制策略 15

3.2 载波层叠PWM调制策略 15

3.3 载波移相PWM调制策略 16

第四章 MMC的电容电压均衡控制策略 18

4.1 平衡电容电压 18

4.2 抑制桥臂环流 18

4.3 仿真分析 19

(a) MMC输出电流 20

(b) MMC的输出电压 20

(c) 每相4个电容电压瞬时值 20

(d) 电容电压平均值 20

(e) 桥臂环流 21

图4.5 系统仿真波形 21

第五章 总结与展望 22

5.1 本文总结 22

5.2 展望 22

致 谢 23

参考文献 24

第一章 引 言

1.1 研究背景与意义

最近几年,随着电力电子技术的应用,高压大功率的电力电子设备受到越来越多的人的关注,在环境污染严重与可利用能源越来越少的情况下,对于风能与太阳能这类可再生资源的关注与投入越来越多,但是这些可再生资源的分布都十分分散,且有很多不确定性,然而交流输电与直流输电现在仍然有很多不足,柔性直流输电技术是现在的新直流输电技术,柔性直流输电技术恰恰能解决上述的问题,可以减少造成的环境污染问题,可以实现正弦波传输,占地面积更小,更加容易实现模块化,由于它具有上述的优点,这就使得它成为未来直流输电技术的重点方向。

对于现在正在运行的大部分的柔性直流输电的大型工程,它们都是使用两电平拓扑结构。因为它运行的电压很高,所以如果要达到它的工作电压,要在它的每个桥臂上串联开关器件,然后两电平结构有以下缺点:

(1)当多个开关器件一起串联时,在开关的过程中要做到完全平均电压非常困难。

(2)因为使用过了两个电平或者三个电平作为输出,当系统中谐波的条件得到了满足,那么系统中的功率器件的工作频率往往会比较大。

(3)当系统中的输出谐波很大,这就可能严重影响系统的运行,此时我们就需要比平时更加大的滤波器件组来滤波,降低系统中的谐波量,达到我们所需要的水平,但是更加大的滤波器件组就会导致其所占的空间更大,导致了所需要的成本更高。

(4)很高的电压是有可能导致涌浪电压,如果涌浪电压出现,那么系统中的电压的变化速度很快,其产生的电磁干扰就会十分严重。这不是我们想要发生的情况。

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