同交流電網(wǎng)相比,直流電網(wǎng)具有一系列優(yōu)勢,因而成為解決新能源發(fā)電并網(wǎng)穩(wěn)定性問題的研究熱點(diǎn)。DC-DC變換器已成為連接不同電壓水平直流電網(wǎng)的關(guān)鍵參與者,而由于功率開關(guān)器件耐壓等級的限制,傳統(tǒng)的DC-DC變換器不能應(yīng)用于高壓大功率場合,而現(xiàn)有的高壓直流變換器技術(shù)還不夠成熟,還存在一系列缺陷。盡管一些學(xué)者提出了可應(yīng)用于高壓大功率場合的MMC型DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但取得的研究成果仍然相對較少,目前也尚未有實(shí)際的示范工程,因此還需對該拓?fù)溥M(jìn)行更深入的研究。本文重點(diǎn)研究了基于MMC的DC-DC變換器的控制策略,針對傳統(tǒng)控制方法存在的缺陷與不足,對變換器的調(diào)制策略和均壓控制策略進(jìn)行了改進(jìn)。(1)本文分別分析了單向和雙向MMC型DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及基本原理,總結(jié)了目前采用的調(diào)制策略,對比了各自的優(yōu)缺點(diǎn),并介紹了目前采用的排序均壓控制策略。(2)本文針對單向MMC型DC-DC變換器在傳統(tǒng)電平逼近控制策略下,由于未考慮橋臂電感的壓降,導(dǎo)致直流側(cè)電流波動(dòng)比較大的問題,提出了一種電流直接跟蹤調(diào)制策略,在該控制策略下,由于考慮了橋臂電感的壓降,因而可以在不加設(shè)濾波器的情況下,減小直流電流的波動(dòng),同時(shí)增大了輸出電壓,避免了橋臂電感元件導(dǎo)致輸出電壓波形發(fā)生畸變。但由于所提調(diào)制策略的控制周期小于傳統(tǒng)電平逼近調(diào)制策略,在傳統(tǒng)均壓控制策略下,子模塊的開關(guān)頻率會(huì)比較高,為此,本文改進(jìn)了電壓均衡控制環(huán)節(jié),提出了一種與所提調(diào)制策略相配合的改進(jìn)電壓均衡控制策略,從而可以使所提調(diào)制策略在不顯著增加開關(guān)頻率的條件下,改善輸入電流的波形。(3)為了減小雙向MMC型DC-DC變換器在傳統(tǒng)控制方法下的開關(guān)損耗,提高變換器的效率,本文提出了一種適用于該變換器的分層控制策略,對系統(tǒng)層,閥控層分別進(jìn)行控制,在實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定變換的同時(shí),子模塊的開關(guān)頻率也實(shí)現(xiàn)了一致,均等于調(diào)制波的頻率,從而降低了開關(guān)損耗。但由于所提控制策略在每個(gè)周期內(nèi)只進(jìn)行了一次均壓控制,因此子模塊電容電壓的波動(dòng)會(huì)比較大,為了使子模塊電容電壓的波動(dòng)在允許范圍內(nèi),選取計(jì)算了所提控制策略下的子模塊電容值。(4)在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中分別搭建了單向和雙向MMC型DC-DC變換器的仿真模型,對所提控制策略的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真表明所提單向MMC型DC-DC變換器的控制策略,可以在不顯著增加開關(guān)頻率的條件下,有效改善輸入電流的波形,不需外加濾波器,降低了系統(tǒng)的成本;所提雙向MMC型DC-DC變換器的控制策略,在實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定變換的同時(shí),降低了開關(guān)損耗。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文的數(shù)目比較多時(shí)，整個(gè)裝置的體積就會(huì)很大，進(jìn)而占用較大的空間和維護(hù)的難度；為了增加子模塊的功率密度，需要增加功率開關(guān)器，但變換器的損耗就會(huì)增加，進(jìn)而轉(zhuǎn)化效率就會(huì)降低[13]。此外由于容的存在，當(dāng)發(fā)生直流側(cè)故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)過電流，需要添加額外的直是直流斷路器的成本很高；故障排除后，電容還需要重新進(jìn)行充電消除后的恢復(fù)進(jìn)程[14]。在均壓均流的控制方式上，文獻(xiàn)[15]分析了并聯(lián)（ISOP）型變換器的輸入電壓均衡穩(wěn)定性，提出了 2 個(gè)輸入判據(jù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出均流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入電壓均衡；文獻(xiàn)[16]環(huán)控制策略，通過電壓均衡控制環(huán)的輸出實(shí)時(shí)校正電流環(huán)的輸入給入電壓均衡和輸出電流均衡；文獻(xiàn)[17]也進(jìn)行了類似的研究。總體器子模塊的串并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高壓大功率 DC-DC 變換器的技術(shù)，隨著增多，串聯(lián)側(cè)的均壓控制和并聯(lián)側(cè)的均流控制會(huì)越來越復(fù)雜，均壓度也會(huì)越來越慢。

以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出均流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入電壓均衡；文獻(xiàn)[16]環(huán)控制策略，通過電壓均衡控制環(huán)的輸出實(shí)時(shí)校正電流環(huán)的輸入給入電壓均衡和輸出電流均衡；文獻(xiàn)[17]也進(jìn)行了類似的研究�？傮w器子模塊的串并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高壓大功率 DC-DC 變換器的技術(shù)，隨著增多，串聯(lián)側(cè)的均壓控制和并聯(lián)側(cè)的均流控制會(huì)越來越復(fù)雜，均壓度也會(huì)越來越慢。圖 1-1 DAB 變換器拓?fù)鋱D

以及監(jiān)控等過程簡化。的研究現(xiàn)狀輸電工程采用的 VSC 拓?fù)渲饕獮閮呻娖交蛉娖接泻芎玫墓こ虘?yīng)用價(jià)值[20]。但是，當(dāng)傳送容量大且BT 耐壓只有幾千伏，為了達(dá)到所需的直流電壓水需要為每個(gè)橋臂串聯(lián)數(shù)百個(gè) IGBT，由此會(huì)帶來開耗大等一系列問題[21]。針對上述問題，Siemens 公器（Modular Multilevel Converter,MMC），如圖 1由慕尼黑聯(lián)邦國防大學(xué)的 Rainer Marquardt 教授聯(lián)，通過調(diào)整子模塊的個(gè)數(shù)，可以擴(kuò)展到任何電壓前主要采用半橋和全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 1-4 所示，電平，全橋拓?fù)淇梢暂敵?0、 Uc三種電平，實(shí)際選取相應(yīng)的子模塊拓?fù)�。由�?MMC 的一系列優(yōu)點(diǎn)流輸電技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[22]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2830503