模塊化多電平換流器（Module Multilevel Converter,MMC）具備輸出波形質量高、開關損耗低、方便擴容等諸多優(yōu)勢,作為最具工程應用前景的新一代電壓源換流器,愈來愈受到柔性直流輸電領域的青睞。本文以基于MMC換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)（MMC-HVDC）作為研究對象,在分析MMC基本工作原理和運行特性的基礎上,開展MMC-HVDC輸電系統(tǒng)相關控制策略的研究。首先,分析了MMC拓撲結構、子模塊工作方式和三相MMC的工作原理,建立了MMC在d-q同步旋轉坐標下的數學模型。對比研究了多種調制策略的原理和特性,并選用最近電平逼近調制作為MMC-HVDC輸電系統(tǒng)的調制方式。其次,分析了子模塊電容電壓的波動機理、傳統(tǒng)電容電壓均衡控制策略的應用效果及其可改進之處,確立了用于對比不同電容電壓均衡控制策略優(yōu)劣性的四個評價指標。為提高對瞬時電容電壓值的排序效率,選用了具有線性時間復雜度的計數排序算法,提出了電容電壓值等概率分段預處理方法。為降低MMC開關頻率,分別提出了定閾值法和優(yōu)先系數法電容電壓均衡控制策略。結合以上控制策略和排序方法,實現了電容電壓的快速均衡控制。更進一步地,設計了一... 

【文章來源】：昆明理工大學云南省

【文章頁數】：104 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

1電平MMC

幽？櫚縟萜鞅舊硭鷙暮偷縟葜檔炔?數也必然存在著差異，造成各子模塊運行過程中電容電壓瞬時值互不相同，且存在一定的離散性，從而產生子模塊電容電壓不均衡問題。當電容電壓差異過大時，相單元輸出電壓差異增大，不僅會加劇橋臂環(huán)流，還將使輸出電壓波動增大，影響電能質量。在直流電壓Udc=400kV，橋臂電感L=4mH，子模塊電容C=10mF，控制周期Tctrl=100μs的21電平MMC仿真模型中(以MATLAB/Simulink為仿真平臺)，按NLM調制需求的子模塊數量，隨機選擇子模塊進行投入時，A相上橋臂子模塊電容電壓變化、A相輸出電壓波形分別對應圖3.1、圖3.2。由圖3.1可以看出，MMC換流器運行0.5s后就已有額定電壓UCN=20kV的子模塊電容電壓偏離額定值10%以上，且隨著時間的推移，子模塊電容電壓不僅偏離值增大，而且各子模塊電容電壓離散度增加，電容電壓差異越加顯著。在隨機投入控制之下，子模塊的開關頻率很高，其平均開關頻率可達到1/2fctrl，造成開關損耗極高。由圖3.2可見，隨機選擇子模塊進行投入時，相單元的輸出電壓雖然大體上依舊可以得到接近正弦波的輸出電壓，但每一輸出電平局部電壓波動明顯，諧波增加，降低了電壓質量，可以預見，電容電壓離散度越高，差異越大，其輸出波形質量就越差�？芍�，要獲得較好的波形質量，就要保證子模塊電容電壓相互之間差異較小，偏離額定電壓值較少，因此，NLM調制方式下，應該對電容電壓均衡控制策略進行改進。時間/s電壓/V圖3.1隨機選擇子模塊投入時電容電壓變化情況

昆明理工大學專業(yè)學位碩士學位論文28時間/s電壓/V交流側輸出電壓上橋臂輸出電壓下橋臂輸出電壓圖3.2隨機選擇子模塊投入時輸出電壓波形根據電容元件的伏安特性，電容電壓的變化規(guī)律滿足下式：00001()()()tCCCtUtUtidC（3-16）式中UC(t0)為t0時刻子模塊的電容電壓，C0為子模塊的額定電容值，(t-t0)為子模塊電容器的工作時間，iC0(τ)為流過子模塊電容的電流值。分析式（3-16）可知，子模塊電壓具有記憶性，t時刻的電容電壓不僅與t0時刻的電容電壓值有關，還與(t-t0)時間段內流過電容器的電流iC0(τ)的貢獻相關。因此，可以對UC(t0)、C0、iC0(τ)和(t-t0)四個要素進行控制從而實現對當前電容電壓值的控制，其中C0越大電容電壓值的波動越小，但過大的C0意味著更大的電容器體積和更高的成本投入。除去換流站啟動階段的預充電控制，其余時刻控制UC(t0)即控制UC(t)；iC0(τ)的方向和大小則主要決定于子模塊所在橋臂和MMC換流器的運行容量；可見，根據MMC的運行狀態(tài)，可實時加以控制的要素為子模塊電容器的工作時間，即通過控制(t-t0)時間段內子模塊的投入或切除，控制電容器的充放電時間，以達到對單個子模塊電容電壓控制的目的。子模塊工作狀態(tài)與電容電壓值的變化原理如圖3.3所示。UC未投入充電放電t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9tUC(t0)圖3.3子模塊電容電壓變化原理示意圖

【參考文獻】：
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本文編號：3314097