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模块化多电平变流器(MMC)环流抑制策略的研究

马卫东  
【摘要】:近年来,随着电力电子技术及电力系统的发展,电力电子技术在新能源发电以及高压直流输电领域得以广泛应用。相对于传统的电压源型变流器,模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)凭借其模块化的拓扑结构,具有输出波形品质好、系统损耗低、不平衡运行能力强、故障保护和恢复能力好、易于扩展等独特的性能和优势,被广泛应用于高压直流输电领域。本文在对MMC拓扑结构、工作原理、数学模型、调制方法进行研究分析的基础上,重点对MMC的环流及其抑制策略进行了分析和研究,并通过仿真对本文所提出的各个控制策略的有效性进行了验证。 提出了两种MMC子模块电容电压均衡控制策略,分别为载波移相调制和阶梯波调制方法下的电容电压均衡策略。其中,基于载波移相调制的电容电压均衡策略将模块电压均衡控制和桥臂电压均衡控制相结合,取得了较好的控制效果。阶梯波调制下的电容电压均衡策略重点介绍了传统电容电压排序算法及其优化算法亦称作模块保持算法,具有电压跟随性强、动态响应快、均衡效果好等性能。 提出了三种MMC环流抑制策略,分别为αβ坐标系下和dq坐标系下两种环流抑制策略以及基于改进阶梯波调制下的环流抑制策略。其中,αβ坐标系下的环流抑制策略运用比例谐振控制器设计了相应的环流抑制控制器。在建立相应数学模型的基础上,dq坐标系下的环流抑制策略结合电容电压排序算法,设计了相应环流抑制控制器。基于改进阶梯波调制下的环流抑制策略在分析环流本质基础上,采用模块变动选择法,在不增加外部电路的前提下有效抑制了相间环流,同时使输出电压畸变率降低,取得了较好的效果。 最后,在前文理论分析的基础上,在MATLAB/Simulink中搭建了以上各控制策略下的MMC仿真模型并分别进行仿真,通过对各个仿真结果进行分析对比,验证了各控制策略的各自特点及有效性。


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