模塊化多電平功率變換系統(tǒng)基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來電力電子變換器技術(shù)得到了飛速發(fā)展，高壓大功率能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求也日益增長。多電平變換器通過改進(jìn)變換器自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來突破功率半導(dǎo)體器件容量的限制，已成為高壓大功率電能變換應(yīng)用領(lǐng)域中的一種理想的解決方案。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter, MMC)以其突出的技術(shù)特點，克服了傳統(tǒng)多電平變換器的缺陷，是目前高壓大功率電力系統(tǒng)中最有吸引力的多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為此，本文圍繞模塊化多電平功率變換系

2、統(tǒng)的電壓平衡方法、調(diào)制技術(shù)、容錯控制策略以及在光伏發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。具體內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　論文首先分析了MMC的子模塊電容電壓平衡問題。從 MMC運行機制出發(fā)，建立MMC廣義動態(tài)模型，分析和比較了兩種傳統(tǒng)子模塊電容電壓平衡方法，然后在此基礎(chǔ)上提出一種基于歸并網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測排序算法，分別從提高排序算法的效率和限制排序算法的工作頻率兩方面進(jìn)行了改進(jìn)，使子模塊電壓平衡控制方法對硬件的依賴程度降低，能夠減輕控制器負(fù)

3、擔(dān)，降低變換器的開關(guān)頻率。
　　論文對MMC的階梯波調(diào)制和標(biāo)量脈寬調(diào)制的兩種調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。首先研究了適用于 MMC的階梯波調(diào)制技術(shù)，針對牛頓迭代法在求解階梯波調(diào)制的MMC開關(guān)角時的局部收斂性問題，提出一種改進(jìn)的混合粒子群優(yōu)化算法，在求解的開始階段采用粒子群優(yōu)化算法全局范圍內(nèi)隨機搜索開關(guān)角方程的迭代初值，之后運用牛頓法快速迭代到精確解。其次，針對MMC矢量調(diào)制標(biāo)量化問題，提出一種具有電容電壓平衡能力的標(biāo)量脈寬調(diào)制方法，在

4、一維矢量空間上以最近的兩個電平線性地合成期望輸出電壓，合成矢量的作用時間只需要簡單的占空比計算即可實現(xiàn)，可以省去繁瑣的三角函數(shù)運算和坐標(biāo)變換。論文對上述兩種調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了仿真和實驗驗證。
　　針對MMC系統(tǒng)的子模塊故障問題，對無冗余備用的模塊化多電平變換器容錯控制方法進(jìn)行了研究。提出基于零序電壓注入方法的故障容錯控制策略，討論零序電壓注入的可行性，在此基礎(chǔ)上研究零序電壓注入對MMC相間功率分配的影響。容錯運行時的各個子模塊電容的額

5、定電壓保持恒定，避免了電容電壓波動對系統(tǒng)的暫態(tài)沖擊和相間環(huán)流驟升，增強了MMC的故障穿越能力，并且無須增加額外的硬件成本。
　　最后，論文研究了基于MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制策略。首先分析了采用 MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)配置的技術(shù)特點和優(yōu)勢，為深入理解模塊化多電平光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無功的雙向傳輸?shù)目尚行裕o出基于空間矢量分析的系統(tǒng)運行模式的推導(dǎo)過程，研究了含無功和諧波補償?shù)墓夥到y(tǒng)運行