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模块化多电平换流器及其控制策略研究

模块化多电平换流器及其控制策略研究

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作者：李登魁安徽理工大学

学位级别：硕士

MMC是一种具有多电平、低谐波以及高质量输出特性的电压源型拓扑电路,模块化的结构赋予其良好的系统拓展性和适应性,具有开关频率低、四象限运行等优势,作为柔性直流输电工程应用中最具有发展前景的拓扑结构,其在以太阳能、风能等清洁... 详细信息

MMC是一种具有多电平、低谐波以及高质量输出特性的电压源型拓扑电路,模块化的结构赋予其良好的系统拓展性和适应性,具有开关频率低、四象限运行等优势,作为柔性直流输电工程应用中最具有发展前景的拓扑结构,其在以太阳能、风能等清洁能源为主的远距离、大容量输电领域得到了高度的关注和广泛的应用。首先,本文对MMC的拓扑结构、工作原理以及输出特性等进行研究,在建立MMC数学模型以及相间环流表达式的基础上,对系统环流组成及抑制方法进行分析。其次,对MMC的调制策略及子模块均压策略展开研究:基于改变驱动脉冲分配规则、实现子模块充放电时间一致的前提,在cdpwm中引入虚拟循环映射（virtual loop mapping,VLM）,为排除因元器件参数的差异性对子模块电容电压状态的干扰,在VLM中加入电压排序法,并重新设定脉冲循环规则,同时设计了一种基于载波分段变频的cdpwm调制方法来降低高次谐波。为解决NLM调制在低电平领域输出波形质量不佳的问题,在调制过程中加入二倍频正负变化的电压偏移量,增加了原有系统输出电压电平数。在对上述调制策略综合比较后,设计了一种低开关频率运行的MMC混合调制策略,该方法在NLM策略的基础上加入脉宽调制,对拟合误差进行二次调制的过程中采用规则采样法,减少了调制周期内子模块的投切频率,考虑到电压排序法在子模块数量较多时复杂的计算量以及频繁、重复的投切动作,重新设计了子模块单元选择法,其能够最大程度上保持子模块原有的工作状态,对系统平衡状态的影响最小,同时还设计了子模块电压闭环控制策略,对投切过程进行实时反馈。然后,对MMC的系统控制策略、环流抑制策略展开研究,基于双闭环控制结构进行了内环电流控制器、外环功率控制器的设计和仿真建模,在明确相间环流产生及抑制方法后进行了环流抑制器的仿真建模。最后,通过MATLAB/SIMULINK仿真表明,VLM控制策略和加入电压排序法的选择性VLM控制策略能迅速使各子模块电容电压保持同步波动,基于载波分段变频的cdpwm策略能够有效抑制系统中的高次谐波;改进后的NLM调制策略能在不改变系统条件且增加了输出电压电平数;混合调制策略下MMC系统输出波形具有较低的谐波含量和总畸变率,子模块的平均开关频率始终保持在预期理论值的限制范围内,子模块电容电压在闭环控制下始终保持同步小幅波动。图[68]表[3]参考文献[75]

关键词： MMC VLM cdpwm 混合调制策略环流抑制子模块电压平衡控制

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