模塊化多電平變換器的優(yōu)化調(diào)制及控制策略研究.pdf

1、模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)因具有公共直流接口、模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，已逐步替代傳統(tǒng)二極管鉗位型、飛跨電容型以及級(jí)聯(lián)H橋型變換器成為現(xiàn)階段主流的多電平變換器，并廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、統(tǒng)一潮流控制器、配電網(wǎng)電力電子變壓器等高壓大功率場(chǎng)合，為智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展提供了先進(jìn)的裝備支持。因此，關(guān)于MMC的相關(guān)研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，將對(duì)未來電網(wǎng)智能化發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
　　

2、論文在深入分析MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，著重對(duì)其數(shù)學(xué)模型、調(diào)制策略、控制策略及控制參數(shù)設(shè)計(jì)展開深入研究，并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，旨在提高M(jìn)MC的運(yùn)行特性。具體研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)構(gòu)建了PSC-PWM型分布式調(diào)制下MMC的新型等效平均模型。該模型將MMC的電網(wǎng)側(cè)和直流側(cè)同時(shí)分解成了共模和差模電路，各電路都由兩個(gè)相互獨(dú)立的受控源構(gòu)成，為分析各電路電氣量特性、指導(dǎo)調(diào)制及控制器設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(2)

3、提出了一種針對(duì)PSC-PWM型分布式調(diào)制下MMC的寬頻帶低頻環(huán)流抑制方法?；诮⒌牡皖l等效平均模型，利用子模塊直流電壓前饋方式將共模電路中的受控源始終控制為一個(gè)直流電壓，從源頭上防止了低頻環(huán)流分量的產(chǎn)生。該方法具有控制目標(biāo)范圍廣、無需調(diào)節(jié)參數(shù)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，更適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)等變頻系統(tǒng)或有源濾波器等多頻系統(tǒng)。同時(shí)，與傳統(tǒng)上、下橋臂電壓獨(dú)立前饋的方式相比，該方法利用了差模電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，與諧振型方法一樣維持了MMC的電容電壓自

4、然平衡特性，無需額外的主動(dòng)電壓平衡算法。
　　(3)提出了一種集中式調(diào)制下MMC的緊湊狀態(tài)機(jī)型通用脈沖分配器，詳述了其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。該脈沖分配器使得電平化后的調(diào)制信號(hào)遍歷狀態(tài)機(jī)中的所有路徑，從而各模塊的開關(guān)次數(shù)在各個(gè)電平等級(jí)都能得到均勻的分配，實(shí)現(xiàn)了子模塊電容電壓的自然平衡特性。該方法無需額外的電壓排序等主動(dòng)平衡算法，無需子模塊直流電壓傳感器，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)，該狀態(tài)機(jī)具有狀態(tài)強(qiáng)制切換功能，在最大限度維持子模塊開關(guān)頻率低

5、頻特性的條件下，使低頻類調(diào)制策略能夠在合理的時(shí)間范圍內(nèi)遍歷狀態(tài)機(jī)，達(dá)到自動(dòng)平衡電容電壓的目的。
　　(4)提出了一種針對(duì)PD-PWM型集中式調(diào)制下MMC的環(huán)流優(yōu)化控制方法。該方法通過對(duì)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用環(huán)流在偏移過程中的強(qiáng)制反相能力，使環(huán)流中的直流分量始終保持恒定，有效解決了該調(diào)制算法固有的環(huán)流漂移問題，實(shí)現(xiàn)了直流環(huán)流的優(yōu)化，更利于磁元件的設(shè)計(jì)。同時(shí)，該方法在相應(yīng)電平帶過渡時(shí)僅額外增加兩次開關(guān)動(dòng)作，對(duì)子模塊的等效開關(guān)頻率影響

6、較小。另外，在該調(diào)制方式下針對(duì)無源器件參數(shù)值較小時(shí)主要存在的低頻環(huán)流問題，提出了基于反饋環(huán)流控制的低頻環(huán)流優(yōu)化方法，在對(duì)子模塊電容電壓平衡影響不大的條件下合理限制了環(huán)流中的低頻分量。
　　(5)通過對(duì)比PSC-PWM型分布式調(diào)制策略和APOD-PWM型集中式調(diào)制策略，指出了系統(tǒng)延時(shí)是制約閉環(huán)控制系統(tǒng)帶寬的關(guān)鍵因素，并給出了控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。分析指出，將PSC-PWM策略應(yīng)用于MMC時(shí)，雖然交流總輸出的等效開關(guān)頻率得到了提高，但

7、因其分布式的設(shè)計(jì)方式導(dǎo)致了所有子模塊無法同時(shí)響應(yīng)電流的變化，系統(tǒng)通訊延時(shí)仍然受各子模塊的開關(guān)頻率所制約，在子模塊開關(guān)頻率較低時(shí)電流控制特性較差。APOD-PWM策略因集中式的設(shè)計(jì)方式，在每個(gè)控制周期所有子模塊都能夠同時(shí)響應(yīng)電流的變化，其通訊延時(shí)僅由交流總輸出（電平化調(diào)制信號(hào)）的等效開關(guān)頻率決定，因此該方法具有更小的系統(tǒng)延時(shí)，更有利于閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，和PSC-PWM策略相比更適用于較低開關(guān)頻率場(chǎng)合。
　　最后，針對(duì)以上所述內(nèi)容分別