模块化多电平变流器(MMC)环流抑制策略的研究.pdfVIP

本文受国家自然科学基金项目资助——“基于VSC-MTDC 的新型牵引供电系统关键技术研究” 编号） 摘要 模块化多电平变流器 （MMC）环流抑制策略的研究 摘要 近年来，随着电力电子技术及电力系统的发展，电力电子技术在新能源发电以及高 压直流输电领域得以广泛应用。相对于传统的电压源型变流器，模块化多电平变流器 （Modular Multilevel Converter, MMC ）凭借其模块化的拓扑结构，具有输出波形品质好、 系统损耗低、不平衡运行能力强、故障保护和恢复能力好、易于扩展等独特的性能和优 势，被广泛应用于高压直流输电领域。本文在对MMC 拓扑结构、工作原理、数学模型、 调制方法进行研究分析的基础上，重点对MMC 的环流及其抑制策略进行了分析和研究， 并通过仿真对本文所提出的各个控制策略的有效性进行了验证。 提出了两种MMC 子模块电容电压均衡控制策略，分别为载波移相调制和阶梯波调 制方法下的电容电压均衡策略。其中，基于载波移相调制的电容电压均衡策略将模块电 压均衡控制和桥臂电压均衡控制相结合，取得了较好的控制效果。阶梯波调制下的电容 电压均衡策略重点介绍了传统电容电压排序算法及其优化算法亦称作模块保持算法，具 有电压跟随性强、动态响应快、均衡效果好等性能。 提出了三种MMC 环流抑制策略，分别为αβ 坐标系下和dq 坐标系下两种环流抑制 策略以及基于改进阶梯波调制下的环流抑制策略。其中，αβ 坐标系下的环流抑制策略运 用比例谐振控制器设计了相应的环流抑制控制器。在建立相应数学模型的基础上，dq 坐标系下的环流抑制策略结合电容电压排序算法，设计了相应环流抑制控制器。基于改 进阶梯波调制下的环流抑制策略在分析环流本质基础上，采用模块变动选择法，在不增 加外部电路的前提下有效抑制了相间环流，同时使输出电压畸变率降低，取得了较好的 效果。 最后，在前文理论分析的基础上，在MATLAB/Simulink 中搭建了以上各控制策略 下的MMC 仿真模型并分别进行仿真，通过对各个仿真结果进行分析对比，验证了各控 制策略的各自特点及有效性。 关键词：高压直流输电，模块化多电平变流器 （MMC ），环流，电容电压均衡，环流 抑制策略 I Abstract RESEARCH ON CIRCULATING CURRENT SUPPRESSING STRATEGY OF MODULAR MULTILEVEL CONVERTER (MMC) ABSTRACT With the development of power electronics technology and electric power system, power electronics technology has been widely used in the fields of new energy power generation and high voltage direct current transmission in recent years. Based on the modular topology, modular multilevel converter (MMC) has unique features and benefits such as high quality output wave, low system losses, strong unbalanced operation ability, better fault protection and recovery capabilities, and easy to extend compared