基于减少电压互感器的MMC子模块分组控制策略研究

摘要

当前，随着工业持续稳定地发展，电力电子装置在高压大功率领域的使用愈发广泛，然而现代开关器件在耐压值和功率方面还未取得显著提升，利用中小型功率器件通过多电平技术是解决高压大功率的最佳选择之一。在此背景下，模块化多电平换流器以其低谐波的输出性能、易扩展的电压等级和优良的冗余性能，自提出以来就备受国内外专家学者的关注。经过十余年发展，模块化多电平换流器在调制策略、抑制子模块电容电压波动和减少桥臂环流等关键技术已经取得长足进步，然而，其居高不下的制造价格成为阻碍其大规模商业推广的主要因素之一。本文以减少检测子模块电容电压的电压互感器的数量着手，对子模块进行分组控制，以期最终达到提高其经济性的目的。
　　首先，论文介绍了当前模块化多电平换流器的研究的意义，指出了模块化多电平换流器的相比常规换流装置的优势，并对其在电力系统和工业生产的应用进行总结，并阐述其特点。最后，点明了当前子模块分组和减少电压互感器方向研究现状。
　　然后，着重介绍模块化多电平换流器子模块分组规则。该部分首先介绍了MMC的拓扑结构和工作原理，然后详细介绍了子模块分组的规则：对于子模块桥臂数量为2N，将其按照20,21,22，……,2N-1,20分为N组，只对每个组配置一个电压互感器。针对子模块桥臂数量不为2N，调整子模块分组规则以适应所有的工程。最后为子模块分组的结构设计了相应的子模块组电压测量方法。
　　再次，针对所提出的结构设计相应的控制策略，包括调制策略，子模块电容电压平衡策略和子模块组间均压策略。在调制中，每个子模块组作为一个整体，同时投入或切除；而子模块电容电压平衡策略和子模块组间均压策略则是为了将每个子模块电容电压稳定在给定参考值附近。
　　最后，对所提出的子模块分组结构和控制策略进行仿真和实验验证。针对仿真，在MATLAB/Simulink环境搭建三相33电平模型进行对常规结构和子模块分组结构进行稳态和功率突变的暂态进行仿真研究。在实验部分，首先对实验室中搭建的低压小功率单相9电平实验平台进行介绍，包括实验平台的结构、控制电路设计，以及介绍实验平台控制算法的设计流程。仿真和实验结果都表明，本文提出的减少电压互感器的子模块分组和控制策略，相比常规结构会增大子模块电容电压波动和输出电压的谐波畸变率，但均是在工程允许的范围之内，验证了其的优势和有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1本课题研究背景及其意义

1.2模块化多电平变换器的应用范围分类总结

1.3本文的主要研究内容

1.4 本文的章节安排

第2章 子模块分组结构优化设计

2.1 MMC拓扑结构及其运行机理

2.2 MMC子模块指数分组规则

2.3子模块分组的电压测量方式

2.4 本章小结

第3章 子模块分组控制策略研究

3.1调制方式设计

3.2电容电压平衡控制

3.3 子模块组间均压控制

3.4 本章小结

第4章 子模块分组控制仿真研究

4.1 仿真模型的搭建

4.2 子模块分组控制稳定仿真研究

4.3 子模块分组控制暂态仿真研究

4.4 本章小结

第5章 子模块分组控制实验分析

5.1 模块化多电平换流器实验平台

5.2 主控制电路介绍

5.3 控制算法设计

5.4 实验分析

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间取得的研究成果

附录B 攻读学位期间获得的荣誉

致谢