模块化多电平换流器的多层次仿真建模与控制研究

摘要

柔性直流输电技术现如今在高压直流输电领域的地位是传统技术无法替代的。但是若将基于两、三电平的柔性直流输电系统应用在实际直流输电系统中，则存在诸多缺陷，尤其在电压等级以及耗损和占地面积等问题上困难重重。经过缜密的调研，本文研究了基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的直流输电系统，具有很高的输出电平，且其电平可以灵活调节，因为采用模块化设计，可以有效的降低开关频率，应用在直流输电系统尤其是功率较大的情况下，能带来巨大的经济效益。
　　本研究主要内容包括：⑴研究基于子模块和子模块组的拓扑结构以及闭锁、半闭锁和解闭锁状态，提出了子模块和子模块组的等效电路以及数学模型，通过其等效电路及数学模型，可以模拟子模块和子模块组的闭锁、半闭锁和解闭锁工作状态，并对其等效电路和数学模型进行了简化。在此基础上，根据四种不同程度的简化模型，搭建MMC的仿真模型，可以根据不同的需求，在具体研究MMC的各项指标时，选用不同的模型进行简化仿真。⑵基于MMC的不同简化程度的仿真模型，研究载波移相电压调制，分组调制算法以及最近电平逼近调制，基于以上算法，提出取整修正量移位算法。这种算法首先对大规模的子模块进行分组以便简化仿真建模，对每个组进行不同的阶梯波调制，每个组的阶梯波采用不同的修正量进行取整，最后进行整合，可达到类似载波移项的效果。取整修正期间，用独立的可控电压源代替每个子模块组。同时，因为此过程需要添加直流分量，子模块组之间的电压还可以得到均衡。⑶对MMC中桥臂之间环流的产生进行了详细分析，并进行一系列的数学计算和坐标变换，通过变换的坐标，推倒出等效电路，进而设计倍频负序环流抑制控制器。最后对所设计的控制器搭建模型进行验证，结果表明了其有效性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 柔性直流输电技术

1．3 基于模块化多电平换流器的直流输电系统

1．3．1 技术特点

1．3．2 MMG的子模块参数设计

1．3．3 MMC的建模与仿真技术

1．3．4 MMC的电压调制

1．3．5 MMC的内部环流研究

1．4 本文的主要研究内容

第二章 MMC的拓扑及基本工作原理

2．1 MMC的拓扑结构

2．2 三相MMC的工作原理

2．3 子模块电容的计算方法

2．4 桥臂电感的取值

2．5 子模块个数的确定方法

2．6 控制频率的选取原则

2．7 本章小结

第三章 MMC的分层次仿真建模

3．1 MMC半桥子模块以及子模块组的结构和数学模型

3．1．1 MMC结构

3．1．2 半桥子模块结构和数学模型

3．1．3 半桥子模块组的结构和数学模型

3．2 半桥子模块的等效电路和数学模型

3．3 半桥子模块组的等效电路和数学模型

3．4 仿真算例

3．5 本章小结

第四章 MMC的电压调制

4．1 载波移项脉冲宽度调制

4．2 最近电平逼近调制

4．3 分组阶梯波调制

4．3．1 参考电压取整

4．3．2 触发脉冲分配

4．3．3 分组阶梯波调制

4．4 子模块的均压原理

4．5 取整修正量移位算法

4．6 仿真算例

4．7 仿真结果

4．8 本章小结

第五章 MMC的环流抑制

5．1 子模块电容电压中的波动分量

5．2 二倍频负序环流的产生

5．3 二倍频负序环流抑制控制策略

5．4 仿真算例

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作成果及结论

6．2 后续工作展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢