模块化多电平换流器均压与环流抑制方法研究.pdf

中文摘要 摘 要 电力电子技术作为电力领域的一门前沿学科，广泛应用于高压直流输电、柔 性交流输电、新能源发电与并网、无功补偿以及不间断电源等研究中，在当前全 球能源互联网建设的背景下，针对高压大功率换流器的研发及其控制策略研究得 到该领域国内外学者的普遍重视。模块化多电平换流器(MMC)作为一种可替代传 统电压源型换流装置的新型拓扑换流器，以其模块化程度高、控制电路简单、可 拓展性强等优势被广泛应用于必威体育精装版建设的特高压直流输电项目中。本文主要对 MMC 的调制均压和环流抑制方法进行研究。 首先，分析 MMC 及其子模块的拓扑结构与调制运行原理，根据平均模型推 导MMC 的输出特性和运行特性方程，并根据MMC 的运行特性分析模块化多电平 结构内部环流产生原理，以及调制控制在两种电平模式下子模块的均压问题，明 确了针对MMC 控制的子模块均压与环流抑制的研究方向。 针对子模块电压稳定运行要求，研究子模块电容均压与 MMC 调制策略协调 关系，并改进2N+1 电平下阶梯波调制；系统研究两大类MMC 子模块电容电压均 衡方法，以及调制改变输出电平对电压均衡的影响，通过仿真验证各均压策略的 有效性。 在统一均衡均压的基础上通过引入Top K 排序算法，并借助压控振荡器（VCO ） 设计出Top K 算法的硬件电路实现方案，有效提高排序环节效率；另外通过引入 算法降频策略，改进排序环节触发条件，额外降低均压过程中子模块的投切频率 及损耗，提高MMC 工作效率。 深入研究 MMC 环流抑制原理，通过优化控制策略提出滞环区间自适应环流 抑制方法，根据每相桥臂子模块电压偏移量与环流方程计算结果自适应调节滞环 区间允许范围，有效平衡环流抑制效果与开关频率之间的矛盾。通过搭建双端有 源 MMC-HVDC 系统，从系统控制层面验证本文提出的均压和环流抑制改进控制 策略的适应性与可靠性。 最后，通过搭建仿真模型验证调制策略、Top K 排序与算法降频均压策略以及 滞环区间自适应环流抑制方法的可行性，并与传统方法仿真结果进行对比，验证 上述理论和方法的有效性。 关键词：模块化多电平变换器；调制策略；子模块电容均压；环流抑制 I 英文摘要 ABSTRACT As a frontier subject in power field, power electronics technology is widely used in the research of HVDC, flexible AC transmission, new energy generation and grid connection, reactive power compensation and uninterrupted power supply. In the context of the current global energy Internet construction, research on the development of high-voltage and high-power inverters and their control strategies have received widespread attention from scholars at home and abroad. Modular multilevel converter (MMC) is a new type of topology converter that can replace traditional voltage source converters.With its advantages of high modularity, simple control circu