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的不斷發(fā)展，電力電子技術的發(fā)展也在日新月異，多個工程領域也需要新的電力電子技術來支撐。當今工程應用還是對高壓大容量的電力電子技術裝備需求最大，但是開關頻率與器件功率損耗之間的矛盾關系仍制約著大功率開關器件在該領域的運用。如何能在保持或者降低開關頻率的同時，保證系統(tǒng)的容量和輸出質量成為研究的一個重點。在此背景下模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)應運而生，其通過將多個小

2、功率模塊的組合連接來提高系統(tǒng)的總容量和電壓等級，同時也使得單個變換器的開關頻率降低。鑒于這些技術特點，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域應用問題的關鍵方案。本文在分析模塊化多電平變換器工作原理和數學模型的基礎上，重點對換流器的調制方法和環(huán)流抑制策略進行了深入的研究。并在此基礎上研制了一臺模塊化多電平換流器實驗樣機。
　　首先概括分析了模塊多電平變換器的工作原理和數學模型。在介紹了幾種比較常用于模塊化多電平換流器

3、的調制方法如最近電平逼近調制方法、載波移相正弦脈寬調制方法、載波層疊脈寬調制方法和空間矢量調制方法之間的優(yōu)缺點之后，提出了一種更加適用于多電平換流器的改進型的單載波調制方法，諧波特性良好。通過仿真驗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部環(huán)流的分析和新型重復控制器的設計。對環(huán)流的諧波分量產生機理和成分加以分析，得到換流器內部環(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部環(huán)流含量，但是大電感同時降

4、低了經濟性;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)設計難度。在分析了重復控制策略之后，結合重復控制策略和內部環(huán)流兩方面特點，提出了一種在不增加橋臂電感的前提下的新型快速重復環(huán)流抑制策略，并分析了此控制策略的穩(wěn)定性能，仿真結果驗證本文提出的控制器的有效性。
　　在前文理論分析和仿真驗證之后，設計研制了一臺3kV、60kW的模塊化多電平換流器實驗樣機，對系統(tǒng)的主電路硬件和控制系統(tǒng)硬件進行了設計。主電路硬件設計包括