3kV-60kW模塊化多電平換流器的研制.pdf

1、隨著世界高新科技技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)的發(fā)展也在日新月異，多個(gè)工程領(lǐng)域也需要新的電力電子技術(shù)來支撐。當(dāng)今工程應(yīng)用還是對高壓大容量的電力電子技術(shù)裝備需求最大，但是開關(guān)頻率與器件功率損耗之間的矛盾關(guān)系仍制約著大功率開關(guān)器件在該領(lǐng)域的運(yùn)用。如何能在保持或者降低開關(guān)頻率的同時(shí)，保證系統(tǒng)的容量和輸出質(zhì)量成為研究的一個(gè)重點(diǎn)。在此背景下模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)應(yīng)運(yùn)而生，其通過將多個(gè)小

2、功率模塊的組合連接來提高系統(tǒng)的總?cè)萘亢碗妷旱燃?，同時(shí)也使得單個(gè)變換器的開關(guān)頻率降低。鑒于這些技術(shù)特點(diǎn)，模塊化多電平換流器成為解決電力電子器件在高壓大容量領(lǐng)域應(yīng)用問題的關(guān)鍵方案。本文在分析模塊化多電平變換器工作原理和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對換流器的調(diào)制方法和環(huán)流抑制策略進(jìn)行了深入的研究。并在此基礎(chǔ)上研制了一臺模塊化多電平換流器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。
　　首先概括分析了模塊多電平變換器的工作原理和數(shù)學(xué)模型。在介紹了幾種比較常用于模塊化多電平換流器

3、的調(diào)制方法如最近電平逼近調(diào)制方法、載波移相正弦脈寬調(diào)制方法、載波層疊脈寬調(diào)制方法和空間矢量調(diào)制方法之間的優(yōu)缺點(diǎn)之后，提出了一種更加適用于多電平換流器的改進(jìn)型的單載波調(diào)制方法，諧波特性良好。通過仿真驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。
　　然后是對模塊化多電平換流器內(nèi)部環(huán)流的分析和新型重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)。對環(huán)流的諧波分量產(chǎn)生機(jī)理和成分加以分析，得到換流器內(nèi)部環(huán)流組成的規(guī)律和環(huán)流修正公式。提高橋臂電感可以有效降低內(nèi)部環(huán)流含量，但是大電感同時(shí)降

4、低了經(jīng)濟(jì)性;傳統(tǒng)的比例積分控制又不能最大程度地抑制所有次諧波，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。在分析了重復(fù)控制策略之后，結(jié)合重復(fù)控制策略和內(nèi)部環(huán)流兩方面特點(diǎn)，提出了一種在不增加橋臂電感的前提下的新型快速重復(fù)環(huán)流抑制策略，并分析了此控制策略的穩(wěn)定性能，仿真結(jié)果驗(yàn)證本文提出的控制器的有效性。
　　在前文理論分析和仿真驗(yàn)證之后，設(shè)計(jì)研制了一臺3kV、60kW的模塊化多電平換流器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對系統(tǒng)的主電路硬件和控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。主電路硬件設(shè)計(jì)包括