MMC子模块电容不一致时的损耗均衡控制研究

摘要

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)作为一种直流输电主流的换流器，相比于传统的电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)，它具有着非常多的优点，比如高模块性、高可用性、控制方式简单、输出电压正弦性高、谐波含量低、系统运行损耗低等。因此随着模块化多电平换流器的不断地发展，使它在直流输电中有着广泛的应用前景。　　本文首先分析了模块化多电平换流器的拓扑结构和运行原理，根据模块化多电平的拓扑结构建立系统的数学模型。接着分析了MMC运行的过程中，由于每相的电压不平衡，导致在每相之间会产生环流的问题，并提出了相应的环流控制策略，该策略通过把三相环流进行坐标变换，再通过PI控制器进行控制，从而达到抑制系统内部环流的效果。最后对模块化多电平变流器的载波移相调制和最近电平逼近调制方法进行了系统的分析，并且对两种调制策略搭建了仿真模型进行分析研究。　　其次本文针对常用的两种类型子模块电容进行了简要介绍，可知子模块电容运行时由于个体差异及老化效应等原因，会出现桥臂上子模块的电容值一致性降低的问题。为了分析电容值一致性降低后MMC子模块工作状态的变化，本文基于改进的子模块电容电压均压控制方法，对子模块电容不一致时的开关频率和开关损耗的变化进行了详细的分析。得到子模块电容不一致时容值越小的子模块开关频率越高，子模块内上部半导体器件损耗越低，子模块内下部半导体器件损耗越高的结论。　　最后针对子模块电容不一致时，子模块损耗分布不均带来的问题，提出了子模块电容值不一致时的损耗均衡控制方法。该方法引入子模块充放电系数k,通过电容的损耗值来改变k的值，从而保证桥臂上每个子模块的充放电速度保持一致，使桥臂上每个子模块的开关频率和导通损耗保持平衡，且提出的控制方法不会影响系统的运行效率，增加了系统的稳定性和可靠性。并且通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型，验证了该方法的正确性。

目录

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第 1 章 绪论

1.1课题的背景和选题意义

1.2 MMC 的研究现状

1.2.1 MMC 的环流抑制研究现状

1.2.2 MMC 的子模块电容电压均压算法研究现状

1.2.3 MMC 的内部损耗研究现状

1.3 本文研究内容

第 2 章 MMC 的基本原理

2.1 MMC 的数学模型

2.1.1 MMC 的拓扑结构

2.1.2 MMC 的基本工作原理及数学模型

2.2 MMC 环流抑制策略的研究

2.2.1 环流产生机理分析

2.2.2 环流抑制原理分析

2.3 MMC 的调制策略

2.3.1 载波移相调制策略

2.3.2 最近电平逼近调制

2.4 仿真分析

2.4.1 载波移相调制仿真分析

2.4.2 最近电平逼近调制仿真分析

2.5 本章小结

第 3 章 均压算法研究和电容容量不一致时运行分析

3.1 子模块电容参数变动分析

3.1.1 子模块电容种类介绍

3.1.2 子模块电容的确定

3.1.3 子模块电容容值变动分析

3.2 子模块电容容值一致时的均压控制分析

3.2.1 传统子模块电容电压均压控制算法分析

3.2.3 优化子模块电容电压均压控制算法分析

3.3 子模块电容不一致开关频率和导通损耗分析

3.3.1 电容不一致时子模块的开关频率分析

3.3.2 电容不一致时子模块的导通损耗分析

3.4 本章小结

第四章 子模块电容容量不一致时控制方法研究

4.1 子模块电容容量不一致时控制面临的问题

4.2 MMC 子模块电容容量不一致模型分析

4.3 子模块开关频率和损耗均衡控制策略研究

4.4仿真分析

4.2 MMC 优化控制下电容损耗不一致时的控制策略仿真模型

4.5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间参与科研项目

致谢