基于新型四電平子模塊的多電平換流器及其控制策略研究.pdf

1、模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)與傳統(tǒng)電壓源換流器(Voltage Source Converter, VSC)的換流站相比，具有輸出波形質量高，開關器件損耗、階躍電壓低，并且處理故障能力較強等優(yōu)點。MMC拓撲結構緊湊，換流站高度模塊化，通過增加橋臂中的級聯(lián)子模塊數目，其輸出可擴展到任意數量的電平數、且擁有直流公共母線、可靠性高、維護方便，逐漸在高壓直流輸電(high voltag

2、e DC transmission HVDC)領域變得越來越具競爭力，并且在新能源并網，城市電網互聯(lián)等領域具有廣泛的應用前景。
　　在高壓直流輸電領域，由于功率、電壓等級高，需要的電平數量更多，基于傳統(tǒng)半橋子模塊拓撲結構的 MMC換流站需要的模塊數量大，開關頻率高，計算量相對較大。針對這一問題，本文提出一種新型子模塊拓撲結構，該子模塊由5個IGBT、3個電容器及一定數量的續(xù)流二極管構成，可以輸出0，1，2，3四種電平，使得換流器在

3、需要輸出更高電平數的應用場合需要的子模塊數量更少，同時相比基于傳統(tǒng)半橋子模塊的 MMC系統(tǒng)，在相同輸出電平數的限制下所需要的IGBT開關數量更少。故針對該新型子模塊的相應控制策略研究具有實際意思。文章具體研究內容如下：
　?、俜治隽藗鹘y(tǒng)半橋子模塊結構的工作原理，建立了基于半橋子模塊的模塊化多電平換流站的數學模型，闡述其基本運行原理，并在此基礎上提出新型四電平子模塊拓撲結構，說明了其工作原理，分析了在不同工作狀態(tài)下新型子拓撲輸出情況

4、、開關狀態(tài)及電容投切情況，并給出了詳細開關表用于后續(xù)控制策略研究。
　?、诮榻B了針對 MMC系統(tǒng)常見的調制策略并分析其優(yōu)缺點，根據新型子拓撲可以輸出更高電平數的特點，著重分析了階梯波調制技術中的最近電平逼近調制方法，給出了該調制策略在新型子模塊 MMC上的具體實現方法?；谂判虻碾娙蓦妷浩胶夥椒ǎY合最近電平逼近調制方法與新型子模塊拓撲結構的特點，提出適用于新型子模塊的電容電壓平衡策略，使得子模塊內三個電容的電壓值可以在一定范圍內

5、保持動態(tài)穩(wěn)定。
　?、劢MC通用數學模型，設計了新型子模塊MMC系統(tǒng)的交流回路控制器。將交流回路控制器分為內環(huán)電流控制器和外環(huán)控制器。外環(huán)控制器分為有功功率控制器、無功功率控制。通過仿真分析了新型子模塊 MMC的穩(wěn)態(tài)特性，相比半橋子模塊MMC，新型子模塊MMC的效率更高。
　?、芊治隽巳嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)功率傳輸原理，在兩相旋轉坐標系下建立了基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)的數學模型，設計了高壓直流輸電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)