论文部分内容阅读
随着电力电子技术的不断发展,全控型功率开关器件的耐压等级和容量不断提升。然而,功率器件的开关频率与功率处理能力之间往往存在矛盾,这使得多电平换流器无疑成为实现高压大功率变换的最好选择。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是近年来提出的一种新型多电平电压源换流器拓扑,相比传统的两电平或三电平拓扑,MMC具有良好的可扩展性,可以很方便地扩展到很高的电压等级与功率水平。本文针对 MMC的子模块电容电压均衡策略进行研究与分析,主要内容包括: (1)介绍了传统的多电平换流器拓扑与相应的电容电压均衡策略及多电平换流器的主要调制方式,概述了MMC的拓扑结构与其电容电压均衡策略研究现状,阐述了本文的主要工作。 (2)详细分析了MMC的拓扑结构与工作原理,建立了MMC的等效数学模型,并设计了其双闭环控制器,介绍了三种用于MMC的调制方式及相应的电容电压均衡策略,并指出了每种策略的不足之处。 (3)分析了MMC内部环流所含有的谐波成分,建立了选取子模块电容值的表达式,并在选取桥臂电感值的过程中预先将二倍频环流考虑在内,提高参数选择的准确性。 (4)针对桥臂中子模块级联数量较少的MMC,提出了一种改进型载波层叠调制方式,仅需一个载波即可获得同传统载波层叠调制方式基本相同的PWM输出,设计了同该调制方式相配合的电容电压均衡策略,并进行了仿真验证。 (5)为了克服传统排序选择均衡策略的不足,提出了三种改进型策略,分别为增大排序周期的方式,对电容电压进行预处理的方式及采用新的排序选择标准的方式,对三种策略的电容电压均衡性能进行仿真研究,并分别探究了三种策略各自相关参数的大小对其降低功率器件平均开关频率效果的影响。 (6)针对桥臂中子模块级联数量庞大的MMC,提出了一种基频开关频率的电容电压均衡策略,该策略将阶梯波调制与电容电压均衡直接结合,阐述了其基本原理及具体实现方法,并对其进行了优化改进与仿真验证。 (7)对MMC样机的主电路接线与控制系统硬件部分进行了设计,MMC控制系统采用双总线结构来实现全体子模块的快速控制。