模塊化多電平變流器(MMC)實(shí)驗(yàn)裝置的研制.pdf

1、近年來，模塊化多電平變流器(Modular Multilevel Converter，MMC)憑借其功率器件開關(guān)頻率低、交流輸出電壓諧波小、模塊化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在高壓大功率場(chǎng)合特別是柔性直流輸電場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)MMC進(jìn)行了大量研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了子模塊的工作狀態(tài)和MMC的工作原理;然后，從能量守恒的角度分析了電容電壓的波動(dòng)機(jī)理及其與環(huán)流的相互作用關(guān)系，指出電容電壓波動(dòng)以基頻和二倍頻為主并

2、分析了電壓波動(dòng)的影響因素，同時(shí)總結(jié)了環(huán)流對(duì)電容電壓波動(dòng)、交流輸出電壓和橋臂電流等的影響。⑵介紹了兩種MMC常用的調(diào)制策略:載波移相正弦脈寬調(diào)制(CPS-SPWM)和最近電平逼近調(diào)制(NLM)，以及分別適用于這兩種調(diào)制策略的分級(jí)均壓策略和排序均壓策略;前者輸出諧波特性好，適用于子模塊數(shù)較少的場(chǎng)合，后者原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，適合子模塊數(shù)很多的場(chǎng)合。針對(duì)傳統(tǒng)的排序均壓策略存在的開關(guān)動(dòng)作頻繁問題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證子模塊電容電壓波動(dòng)較小的同時(shí)，

3、可以有效減少開關(guān)器件的動(dòng)作次數(shù)，從而降低開關(guān)損耗;通過仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化前后的均壓策略進(jìn)行了對(duì)比分析。⑶為了驗(yàn)證研究成果，設(shè)計(jì)了MMC實(shí)驗(yàn)裝置，從理論分析出發(fā)對(duì)主電路關(guān)鍵參數(shù)的選擇進(jìn)行了研究。介紹了實(shí)驗(yàn)裝置的三級(jí)控制架構(gòu)，給出了各部分的主要功能;從能量波動(dòng)的角度給出了子模塊電容的選取原則;從滿足功率運(yùn)行范圍、限制二倍頻環(huán)流、避免系統(tǒng)諧振3個(gè)方面給出了橋臂電感的選取原則。⑷針對(duì)MMC實(shí)驗(yàn)裝置的啟動(dòng)問題，設(shè)計(jì)了交流側(cè)和直流側(cè)兩種預(yù)充電方法，并

4、對(duì)閉鎖階段和解鎖階段的充電過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出了具體的充電步驟和限流電阻的計(jì)算方法;在交流側(cè)充電的過程中，引入了直流電壓斜率控制，可以有效抑制解鎖瞬間的沖擊電流。⑸提出了一種集成控制器的子模塊設(shè)計(jì)方案，使用CPLD作為子模塊控制器，實(shí)現(xiàn)本地控制和保護(hù)。從功率電路和控制系統(tǒng)兩方面介紹了子模塊的設(shè)計(jì)方法，所設(shè)計(jì)的子模塊功能完善，通信簡(jiǎn)單，且具有完整的保護(hù)系統(tǒng)。此外，簡(jiǎn)單說明了子模塊的測(cè)試方法。⑹在MMC實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文的理