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基于半桥子模块结构的模块化多电平换流阀损耗特性分析

周莹坤  
【摘要】:模块化多电平换流阀拓扑结构是目前最受关注的柔直换流阀拓扑,目前对于其半桥结构的均压环流等控制方法已经有大量系统的研究,但是都没有针对该控制方式对于损耗的影响进行进一步分析,关于换流阀损耗的分析又都仅局限于特定工作模式下换流阀总损耗率的计算,缺乏对子模块损耗一致性的研究。本文在研究MMC拓扑结构、调制技术和控制方法的基础上,分析了MMC损耗计算方法及不同控制方法下的半桥子模块各器件损耗特性以及损耗一致性问题。首先介绍了MMC换流阀的基本工作原理。研究了MMC换流阀的损耗构成,分析了损耗计算方法。采用PLECS仿真软件对MMC换流阀损耗进行计算,结合算例对损耗计算方法的准确性进行了对比验证。其次针对半桥子模块结构分析了NLC调制方式下子模块损耗特性。包括使用限值法和保持因子法这两种排序方法时子模块的损耗特性;使用环流控制抑制器法(CCSC)和三相解耦二次谐波环流抑制算法(TPD)这两种环流抑制策略时子模块的损耗特性;子模块电容容值变化时子模块的损耗特性;改进NLC调制方式,使其输出2N+1电平时子模块的损耗特性。与NLC类似,针对半桥子模块结构分析了CPS-SPWM调制方式下子模块损耗特性。包括使用能量均衡法和排序法这两种均压方法时子模块的损耗特性;使用环流控制抑制器(CCSC)法和三相解耦二次谐波环流抑制算法(TPD)这两种环流抑制策略时子模块的损耗特性。论文最后比较了上述两种调制方式在不同交流侧功率因数下子模块损耗特性以及子模块之间的温度分布特性。


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