【摘 要】
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随着直流输电技术的发展,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因为拥有拓展性良好、容错能力强等众多优势而被越来越广泛地投入使用。如果MMC的直流输入侧发生短路故障,现有输电工程中常用的半桥MMC无法自主切断短路电流,因此拥有直流短路故障穿越能力的全桥MMC得到越来越多的关注。MMC的工作性能与各个子模块的电容电压密切相关,若各个子模块的电容电压出现明
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随着直流输电技术的发展,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因为拥有拓展性良好、容错能力强等众多优势而被越来越广泛地投入使用。如果MMC的直流输入侧发生短路故障,现有输电工程中常用的半桥MMC无法自主切断短路电流,因此拥有直流短路故障穿越能力的全桥MMC得到越来越多的关注。MMC的工作性能与各个子模块的电容电压密切相关,若各个子模块的电容电压出现明显的不均衡,那么MMC的安全性和可靠性将会大大降低。因此研究在非理想参数的影响下子模块电容电压的变化,提出针对全桥MMC的调制策略及相应的电容电压平衡方法,对于提高MMC系统的可靠性具有重要意义。本文研究了单相独立带载的MMC,子模块为全桥结构,对MMC的工作原理作了相应的分析,建立了数学方程。本文分析了理想情况和非理想情况下子模块电容电压之间的差异,对理想情况下电容电压的动态平衡过程进行了分析,并通过理论推导揭示了非理想情况下开关器件的导通电阻对电容电压造成的影响。通过仿真对比了两种工作模式下,子模块内部损耗分布情况对子模块电容电压平衡的影响。本文基于载波移相调制(Carrier Phase Shift Modulation,CPSM),对比分析了调制波交叠量不同时子模块的工作状态,推导了全桥子模块(Full Bridge Sub-Modules,FBSM)左右桥臂调制波的解析式,提出了一种可以优化子模块内部损耗分布,并增大输出电压范围的闭环控制策略。在此基础上,研究了调制波的交叠程度与电压调制比的关系,分析了调制波偏置量的选取原则。说明了针对这种闭环控制策略的电容电压平衡方法,并通过仿真对方案的有效性进行了验证。最后设计并搭建了一台6模块的单相全桥MMC样机并进行实验。实验结果表明本文所提出的全桥MMC闭环控制策略及其电容电压平衡方法有效。
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