模块化多电平变换器的电压控制与环流抑制方案研究

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1、分类号学号M201271204学校代码10487密级硕士学位论文模块化多电平变换器的电压控制与环流抑制方案研究学位申请人：李傲学科专业：电气工程指导教师：林磊副教授答辩日期：2015年5月19日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonvoltagecontrolandcirculationsuppressionstrategyofModularMultileverConverterCa

2、ndidate：LiAoMajor：ElectricalEngineeringSupervisor：AssociateProfessorLinLeiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人

3、完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学

4、位论文摘要随着风能、太阳能等可再生能源发电技术的广泛应用，对于高压远距离输电提出了更高的要求。多电平拓扑结构由于其对于器件的应力要求低，输出波形质量高等优点，成为解决高电压、大功率电能变换的有效手段。模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter，MMC)由于其独特的模块化结构、良好的扩容特性、针对于电网的不平衡运行能力、故障保护能力等多方面的优势，其在众多的多电平变换器拓扑中脱颖而出，在直流输电领域得到了广泛应用。此外，MMC近些年来在其它领域也逐渐得以应用，如电机驱动、静止无功补偿、电气牵引、分布式发电等

5、。本文首先介绍了MMC的国内外研究现状，对其拓扑结构、工作原理进行了分析，得出了其交直流侧等效模型；并介绍了当前应用于MMC的调制策略，对比了它们的优缺点。在此基础上，对MMC的电压控制方案与环流抑制方案进行了深入研究。在电压控制方面，分析了启动过程中的电压控制和稳态情况下的电压平衡问题。基于能量控制的原理，提出了一种应用于单相MMC系统的启动方案，该方案可以分为两个阶段，不控整流阶段与能量控制阶段；能量控制阶段，主要是利用上下桥臂的能量之和与能量的差值去控制上下桥臂子模块的电容电压，详细分析了启动过程中能量的转换过程。对于MMC稳态

6、运行，介绍了稳态下的桥臂级与子模块级的电容电压平衡方案，并且分析与研究了一种基于改进的最近电平逼近调制策略的选择投切机制，桥臂在每一个控制周期，只动作一个开关管，该开关管是以PWM方式进行投入或切除，在保证电容电压良好的平衡度下对于开关器件开关频率的优化。在环流抑制方面，本文分析了环流的产生机理，在充分考虑子模块电容电压波动的基础上，分析了环流谐波中不同阶次的耦合情况，推导了详细的稳态下的环流模型，在此基础上使用陷波器对2倍频环流分量进行单独提取，并设计了PR环流抑制器，取得了良好的抑制效果。最后搭建了单相16个模块的MMC实验平台，

7、设计了平台的数字控制系统。通过实验验证了本文提出的启动方案、电压平衡控制投切机制以及环流抑制方案的可行性。关键词：模块化多电平变换器(MMC)，电压控制，启动控制，电压平衡，环流抑制I华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththewidelyusedforthewindpower,solarpowerandotherrenewableenergypowergeneration,theremustneedhigherrequirementsforthehigh-voltageandthelong-distancepowertra

8、nsmission.Themultilevelconverterbecomeaneffectivemeasuresforthehigh-voltageandhigh-powerconversionduetoitslowr