儲能型模塊化多電平變換器的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、儲能型模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，簡稱MMC)是基于模塊化多電平變換器的一種新型拓撲結(jié)構(gòu)。儲能型MMC將電池儲能單元通過雙向DC/DC變換器連接到MMC的各個子模塊中，實現(xiàn)了能量的分散存儲，有效地提高了系統(tǒng)的故障穿越能力。通過調(diào)整子模塊串聯(lián)個數(shù)來實現(xiàn)電壓和功率的靈活變化，可以實現(xiàn)任意電平輸出，減少了輸出電壓的諧波含量和電磁干擾。儲能型MMC在新能源接入、大容量儲能、電力牽引等領(lǐng)域有著良好

2、的應用前景，本文針對其關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。全文主要研究了以下幾個方面的問題:
　　(1)介紹了適用于儲能型MMC的幾種常用調(diào)制策略，并且分析了這些調(diào)制策略的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上提出了兩種新型調(diào)制策略:定頻積分逼近調(diào)制、定頻電流滯環(huán)調(diào)制。定頻積分逼近調(diào)制可以減少驅(qū)動窄脈沖、降低開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，適用于一般的應用場合。而定頻電流滯環(huán)調(diào)制可以實現(xiàn)輸出電流瞬間跟蹤給定電流，控制起來相對簡單、魯棒性強，適用于對動態(tài)響應要求較高的場合。

3、>　　(2)提出了儲能型MMC子模塊電容電壓的平衡控制策略。建立虛擬子模塊，實時找出電壓最大值、最小值對應的實際子模塊，并結(jié)合橋臂電流方向，不斷改變虛擬子模塊與實際子模塊驅(qū)動信號的循環(huán)映射關(guān)系，從而實現(xiàn)子模塊電容電壓動態(tài)平衡。另外，針對橋臂間不平衡的現(xiàn)象也提出了相應的控制策略。仿真結(jié)果證明了子模塊電容電壓平衡控制策略的有效性和正確性。
　　(3)介紹了儲能型MMC的橋臂環(huán)流產(chǎn)生機理，并且推導了n+1電平調(diào)制時儲能型MMC的環(huán)流方程

4、，方程證明了儲能型MMC的橋臂環(huán)流以二倍頻分量為主。結(jié)合傳統(tǒng)的橋臂環(huán)流抑制策略，提出了一種通用補償型橋臂環(huán)流抑制策略，控制簡單，可有效抑制橋臂環(huán)流。仿真結(jié)果證明了通用補償型橋臂環(huán)流抑制策略的有效性和正確性。
　　(4)從能量的觀點出發(fā)，提出了儲能型MMC的綜合能量管理機制，有效地避免了蓄電池的過充過放，從而延長了蓄電池的使用壽命。同時，通過能量管理系統(tǒng)調(diào)度整個系統(tǒng)的功率，有效地實現(xiàn)了MMC和電池儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，使得系統(tǒng)可以長期

5、穩(wěn)定地運行。仿真結(jié)果證明了綜合能量管理機制的有效性和正確性。
　　(5)推導了MMC在dq坐標系下的數(shù)學模型，結(jié)合環(huán)流抑制策略，給出了并網(wǎng)控制策略。推導了電池儲能系統(tǒng)變換器在Buck模式和Boost模式的數(shù)學模型，給出了相應的控制策略。
　　(6)介紹了儲能型MMC子模塊故障產(chǎn)生的原因以及危害。介紹了子模塊冗余保護策略，并在此基礎(chǔ)上提出了一種無冗余子模塊容錯控制策略，切除故障子模塊并且對驅(qū)動真值表進行改變，選擇性地改變虛擬子