模块化多电平换流器控制策略研究

作     者：王立权 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋吉江

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：MMC 柔性输电 分层控制 预充电 均压控制 排序算法 

摘      要：模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)以其高度模块化结构、易扩展、高可靠性以及良好的电压输出质量等优势,适用于未来高压大功率的柔性直流输电场合。随着大功率电力电子技术的发展,基于MMC的柔性直流输电技术在新能源、高压直流输电领域展现出广阔的应用前景,因此对其相关控制策略的研究具有重要意义。本文从MMC的调制方式、子模块电容预充电控制方法、子模块电容电压均衡控制方法等方面对其展开研究。论文详细分析了MMC的结构及工作原理,建立了等效数学模型,针对MMC的各类调制方式和分层控制原理进行研究,在此基础上完成各层控制器的设计,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。同时,对MMC的预充电过程和子模块均压控制过程这两个热点研究方向进行深入研究,创新优化相关控制策略。其中,针对模块化多电平换流器预充电过程中子模块电容在充电阶段过渡时易出现的过电流、过电压等暂态应力问题,通过深入分析换流器内部子模块电容的充电过程,根据子模块电容的充电特点提出一种适用于可控充电阶段的有源交流侧均衡控制充电策略,使其子模块电容电压和直流电压可随各自参考值变化进行跟踪调节。仿真分析表明,在该控制策略下可实现由不可控充电阶段到可控充电阶段的安全过渡,电容电压及直流母线电压平滑抬升,过程中引入的相间环流稳压控制环节提高了相间充电一致性。整个预充电过程充电平稳、充电效率高。针对传统的MMC排序均压控制下采样数据处理效率差以及较高的开关损耗等问题,通过利用BFPRT算法改进常规快排,对采样数据采用部分排序方式,以减少运算量,大幅提高处理效率,同时还通过引入投切置换变量,改变以往子模块投切选择方式,赋予投入组与备用组中部分子模块一定的投切状态保持能力,用以减少器件开关次数,降低开关频率。仿真结果表明,新的排序均压控制策略可以提高数据运算处理效率、有效降低开关频率、减少开关能量损耗。