论文部分内容阅读
目前,由于海上风电的可利用空间和潜力较大,许多发展较好的风电项目都位于海上。伴随着海上风电的发展,下一代海上风电场预计位于离岸300km处,解决风电并网和远距离大容量输送问题将极其重要。分频输电(Fractional Frequency Transmission System,FFTS)技术作为一种新型输电方式,近年来被越来越多的研究学者认为是解决海上风电输送和并网问题最有前途的方案之一。AC/AC变换器是FFTS的核心装置,而模块化多电平矩阵变换器(Modular Multilevel Matrix Converters,M~3C)具有输出谐波小、开关频率低、可直接实现交交变换、可拓性和冗余性较好等特点,在变频调速等领域受到广泛关注,近年来逐渐有研究者将其作为分频输电系统的AC/AC变换器。本文以M~3C为主要研究对象,首先详细介绍了M~3C的拓扑结构和工作原理,分析总结了子模块的3种工作状态。然后对M~3C的电容电压纹波及其产生机理、纹波幅值的影响因素进行分析,得到了M~3C系统的两种不稳定工况。本文对直角坐标系下M~3C系统的数学模型进行双αβ0坐标变换得到了稳态运行下M~3C的8阶交流解耦数学模型。通过对αβ0坐标系下M~3C的功率和电容电压纹波分析,实现了电容电压纹波的频谱分离。基于M~3C的解耦模型,对输入、输出侧分别建立dq坐标系下的等效数学模型,将相应的交流量转变为直流量,结合系统运行要求分别设计了相应的双闭环矢量控制方案。该方案中输入/输出侧的被控量均为直流量,便于实现无静差控制。电容电压均衡是M~3C系统稳定运行的基础,本文通过控制环流分量来平衡M~3C的桥臂电容电压。为平衡桥臂内子模块间的电容电压,本文分别给出了基于载波移相调制(Carrier Phase-Shifted PWM,CPS-PWM)和最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)的子模块均压策略,并针对采用NLM时排序算法运算量较大的问题,提出一种改进的排序算法,能在精确投切子模块的同时,降低排序运算量。另外,为降低开关管的开关频率,本文对改进排序算法再次优化,使其具有降频功能。最后,本文在Simulink中搭建了41电平的M~3C-FFTS仿真模型,仿真结果验证了本文设计的控制策略的可行性和改进的子模块均压策略的正确性。