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《含储能功能的MMC型电能质量多目标控制装置关键技术研究》项目总结报告 一、项目概况 名称： 立项时间： 项目编号：BY2014127-15 负责人：企业： 经费情况： 合计 2014年 2015年 2016年 备注 合计 58 30 28 0 省拨款 30 30 0 0 部门、地方配套单位自筹研究内容： 3、 MMC型电能质量多目标控制装置的原理样机及其通用控制器实现 3.1、 380V/10kW原理样机研制 3.2、 通用控制器搭建 4、 MMC型电能质量多目标控制装置在含储能元件的交直流混合微电网中的应用 二、项目实施情况 工作： 项目研究主要 校企联合研发团队由组织，沟通，充分发挥方优势，按照计划开展工作各阶段工作，做到专，定期检查，有效的完成本项目的计划目标。研究生，硕士研究生2。项目经费预算执行，做到专款专用三、项目技术情况 1所示。由于MMC型多目标电能质量控制装置与传统APF或是SVG装置相比，拓扑和控制策略上都有较大差异，因此分析方法不可能完全适用，需要在理论分析和实验手段上更具有针对性。 图1 本项目的研究方案和技术路线 基于以上的总体研究思路，本项目拟采取的具体技术方案如下： （1）通过比较MMC应用于电能质量治理场合的不同方式确定最优拓扑由于MMC不仅子模块直流侧，同时具有公共直流侧，因此将MMC运用于电能质量治理场合至少有两种方式，目前针对该两种拓扑均有文献报道，但还没有学者分析过他们的优缺点，因此本项目的第一步需要详细地对比、分析它们之间差异及优缺点，以确定适合含储能功能的MMC型电能质量多目标控制装置最优拓扑。 （2）通过开关函数建立装置的数学模型 利用功率器件导通与关断的开关函数来建立整个系统的数学模型是分析电力电子系统的常见方法，针对MMC型电能质量多目标控制装置，建立系统开关函数模型有利于从理论上分析各电气量之间的耦合关系，了解系统运行的基本原理，便于指导控制器设计。 （3）在 Maltab/Simulink 中搭建仿真模型并进行控制验证 电力电子系统的数学模型虽然能够反应系统各变量的关系，但由于不直观，因此常通过仿真软件验证系统的数学模型正确性和控制算法的有效性，利用Maltab/Simulink中的库元件，搭建仿真系统，能够直观、有效地验证控制策略的正确性和有效性，有利于改进调制及控制策略，指导实验设计和参数计算。 （4）利用平均模型等方法简化数学模型及仿真模型 针对大型电力电子系统，由于元器件参数较多，控制系统较为复杂，因此仿真时间较长，效率较低，因此在合理的误差范围内改进仿真模型能够有效的促进研究效率，特别是在超大规模器件仿真时，传统的仿真模型往往依赖高性能的计算机。因此改进系统模型是研究复杂电力电子系统的关键之一。 （5）搭建小型样机平台和通用控制器，通过理论和仿真实验 由于MMC型电能质量多目标控制装置属于较为新颖的装置，理论研究还不够完善，因此需要在实验室首先搭建原理实验样机研制所提出算法，为了缩短研发时间，考虑研制通用型控制器，通过简单的扩展即可直接应用于工业系统样机。 解决的关键技术： （1） MMC型电能质量多目标控制装置的数学模型建立 （2） MMC型电能质量多目标控制装置的谐波分析方法 （3） MMC型电能质量多目标控制装置相桥臂单元直流侧电压的平衡控制方法 （4） MMC型电能质量多目标控制装置相间直流侧电压的平衡控制方法 （6） MMC型电能质量多目标控制装置相间环流抑制策略 （7） MMC型电能质量多目标控制装置的最优调制策略 （8）弱电网条件下MMC型电能质量多目标控制装置的并网控制方法 （9） MMC型电能质量多目标控制装置的硬件实现 （10）MMC型电能质量多目标控制装置的补偿能力分析 （11）MMC型电能质量多目标控制装置的储能控制策略 取得的突破性进展及创新点 针对含冗余状态的模块组合型多电平变换器，提出了一种基于状态机的集中式调制策略的脉冲分配方法，并详细阐述了其设计和改进方法。此方法适用于多种不同频率，不同类型的集中式多电平调制策略，无需计算移相角，而只需经过比较得到电平化后的调制信号，具有通用性。 从三相之间的直流侧平衡问题出发，分析了MMC两种结构各自具有的负序电流补偿特点，从理论上确定了各自的应用场合。对于星形结构，选用零序电压注入法进行直流侧相间平衡控制，并提出利用三相中最大输出电压来衡量其负序电流补偿能力；对于三角形结构，证明了分相控制法和零序电流注入法是等效的，并推导出其负序电流补偿范围。 针对高压直流侧可能出现的直流短路故障，提出了一种具有直流故障穿越能力的模块化多电平变流器拓扑增加器件数量较少，拓扑结构紧凑，穿越能力较高，且能加速故障时间。 提出了PI+C和PI+R的环流抑制新方法，分析了对电压自然平衡动态的