模块化多电平变换器环流抑制和调制策略研究

作     者：李邱 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王明渝

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：模块化多电平变换器 环流抑制 调制策略 虚拟磁链 模型预测控制 

摘      要：模块化多电平变换器(MMC)以其高模块化、高灵活性的优势在中高压大功率领域得到广泛应用,各国学者在其环流抑制策略、调制策略及电容电压平衡策略等方面展开了深入的研究,但MMC发展还不够成熟,一些技术问题亟待解决。本文针对模块化多电平变换器的环流抑制策略和调制策略进行重点研究。深入研究模块化多电平变换器的环流产生机理和通用环流抑制策略,从输出电能质量、控制复杂度和适合的应用场合等方面对比不同调制策略的性能,并提出一种在输出电平数较少和较多场合下均适用的调制策略。本文按照子模块结构和工作原理、单相MMC工作原理、三相MMC的四象限运行特性的思路,分析了子模块和MMC的等效电路,深入分析了MMC的工作原理、内部和外部动态特性,在此基础上深入分析了MMC主电路参数的计算和选取原则,并给出本文MATLAB/Simulink仿真系统的电路及主电路参数。研究了模块化多电平变换器的整体控制架构,包括变换器级别的双闭环控制策略和阀组级别的子模块电容电压平衡策略。从相单元能量脉动的角度解析了模块化多电平变换器环流产生的机理,并研究一种通用环流抑制策略,该策略无须坐标变换,并在单相和三相模块化多电平变换器中通用。通过仿真对比研究了采用该环流抑制策略前后环流、桥臂电流、子模块电容电压脉动幅度、交流侧输出电压和电流以及相单元能量波动的特性,考察了该环流抑制策略的控制效果。对各类多载波调制策略和最近电平调制策略,该环流抑制策略均能将MMC环流控制在允许范围内。最后,本文重点研究了模块化多电平变换器的调制策略,首先详细分析了载波移相调制策略和最近电平逼近调制策略的原理和特性。然后提出一种改进的基于虚拟磁链模型预测的新型调制策略,该策略在输出电平数较少和较多的场合下均适用,通过仿真考察该调制策略的输出电压、电流特性,验证了该策略的正确性和有效性。最后通过仿真对比研究了三种不同调制策略的稳态特性和在负载突变、负载电阻渐变以及调制比突变三种情况下的动态特性,对比三种策略的优势和不足,为MMC不同的应用场合选择不同的调制策略提供了参考。