模块化多电平换流器子模块宽频建模及其瞬态特性研究

摘要

柔性直流输电是坚强智能电网的核心装备，与传统直流输电相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有明显技术优势，是我国大电网发展格局的战略选择。目前最受关注的柔性直流输电拓扑为模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)，该拓扑换流阀中的核心设备是MMC子模块。因此，针对MMC子模块的宽频建模和瞬态分析有着重要意义。
　　本文针对工程用MMC子模块，首先搭建了子模块的瞬态特性测试平台，该平台可对MMC子模块进行不同电压电流和开关时间下的动态特性测试，从而得到了多种工况下的动态特性曲线。然后针对子模块内部的各种元器件，分别搭建了详细的电路仿真模型。包括高压IGBT器件的解析模型，快速续流二极管的行为模型和旁路晶闸管的截止状态模型。同时针对测试回路整体和局部的杂散电感进行了提取。最后，通过对两种不同电压功率等级的IGBT模块的试验和仿真，验证了模型和参数提取的正确性，并且针对有无旁路晶闸管时的子模块瞬态特性进行了测试仿真，并从机理上解释了晶闸管如何影响开关过程，以及其对子模块总体损耗的影响。
　　本文提取了MMC子模块的核心器件参数及回路杂散参数，建立了子模块的宽频模型，对于后续子模块不同工况损耗计算，子模块的优化设计和子模块电磁骚扰分析有着巨大帮助。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 测试平台

1．2．2 模型和参数

1．2．3 MMC子模块

1．3 本文主要研究内容

第2章 MMC子模块瞬态特性试验平台

2．1 试验原理

2．2 试验平台构建

2．2．1 测试回路和主设备

2．2．2 控制系统

2．3．3 测量系统

2．3 测试结果

2．4 本章小结

第3章 MMC子模块宽频建模及参数提取

3．1 高压大功率电力电子器件模型

3．1．1 IGBT器件模型

3．1．2 续流二极管模型

3．1．3 旁路晶闸管模型

3．2 器件模型参数提取

3．2．1 IGBT器件解析模型参数

3．2．2 续流二极管模型参数

3．2．3 旁路晶闸管模型参数

3．3 子模块杂散电感参数提取

3．3．1 回路整体杂散电感

3．3．2 回路局部杂散电感

3．4 本章小结

第4章 MMC子模块瞬态特性试验及仿真分析

4．1 不含旁路晶闸管的子模块瞬态特性

4．1．1 3300V／1500A模块仿真验证

4．1．2 1700V／450A模块仿真验证

4．2 含旁路晶闸管的子模块瞬态特性

4．3 旁路晶闸管对子模块影响分析

4．3．1 影响机理分析

4．3．2 对子模块损耗影响

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位论文期间参加的科研工作

致谢