模块化多电平换流器不对称桥臂的环流稳态分析-论文.pdf

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1、Vo1．34No．7囝电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentJu1．2014模块化多电平换流器不对称桥臂的环流稳态分析韩少华，梅军，郑建勇，吉宇，杜晓舟(东南大学电气工程学院，江苏南京210096)摘要：在模块化多电平换流器(MMC)上下桥臂的电阻、电感不对称情况下，其桥臂环流的主要成分不再仅包括直流量和2次分量．因此有必要对此时的MMC桥臂环流进行定量研究。通过悬浮电容电压的变化规律，从时域角度构建描述环流特征的二阶微分方程在稳态情况下忽略微分方程的通解．通过近似处理方法求得微分方程的特解．该特解可以有效地描述环流的稳态特性，即此时环流的主要

2、成分为直流分量、1次分量和2次分量，还给出了此时环流的稳态表达式。通过MATLAB／Simulink平台搭建了仿真模型，仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。关键词：模块化多电平换流器；不对称；桥臂环流；二阶微分方程；稳态；换流器中图分类号：TM46文献标识码：ADOI：10．3969／i．isSH．1006—6047．2014．07．0070引言完好，在桥臂阻感不对称的时候，其稳态环流表达式可准确完好地描述出环流的稳态特征。模块化多电平换流器MMC(ModularMultilevelConverter)最早是由慕尼黑联邦国防军大学的Mar．1MMC的拓扑原理quardt和Lesn

3、icar等人提出的[1l，具有多方面的优MMC的电路拓扑结构如图l所示．每相由一系势．如整流和逆变状态四象限运行、可满足不同等级列参数相同的子模块(SM)串联得到[14-16]。单个SM电压的模块化结构、可满足高压大功率需求、可不接结构如图2所示．其为2个开关管与电容并联．相当变压器以及冗余化设计等[2-7]。因此近期得到了越来于1个独立的直流源每一个SM的参数均是相等越广泛的发展和研究的．因此每时刻接入电路的子模块数量必须恒为_Ⅳ．然而．MMC的桥臂环流问题始终制约着MMC这样保证了上、下桥臂电压之和等于直流侧电压，从的发展[8-1ol。桥臂环流是由于上、下桥臂能量分布不均匀导致的

4、．不仅可能引起波形的畸变影响输出质量．还会增加器件的损耗．提高对开关器件的要求目前已有大量的研究显示，对于上、下桥臂对称的MMC而言，其环流的成分为直流量和2次分量[11—13]。但实际上，桥臂的电阻、电感是很难做到完全相等的．总会有一些误差难以避免地存在．这势必会导致环流的成分更加复杂化．以往的理论也难以对此情况进行分析。因此有必要对桥臂阻感不对称情况下的MMC环流成分以及环流表达式进行研究本文从桥臂阻感不对称的MMC拓扑结构出发．通过子模块悬浮电容电压的变化规律．从时域角度构建描述环流特征的二阶微分方程在稳态情况下忽略微分方程的通解．通过近似处理方法求得微分一(／2方程的特解．其

5、特解可以有效地描述环流的稳态特图1MMC的拓扑结构性，不仅指出此时环流的主要成分为直流分量、1次Fig．1TopologyofMMC分量和2次分量，还给出了此时环流的稳态表达式通过MATLAB／Simulink平台对该理论的正确性和有效性进行仿真验证．理论环流波形与实际仿真符合C收稿日期：2013—08—22：修回日期：2014—05—15基金项目：教育部博士点基金资助项目(20130092110041)ProjectedsupposedbytheDoctoralFundofMinistryof图2子模块的拓扑结构EducationofChina(20130092110041)Fig

6、．2Topologyofsub—module第7期韩少华，等：模块化多电平换流器不对称桥臂的环流稳态分析囝而利于电容电压的平衡稳定一(一()dici一通过SM结构中开关器件的开断．可以控制SM的输出电平。在系统正常工作状态下．每一个SM存手(￡-Lz)d2i~i一争(·一)di．i(7)在2种输出电平：当每个SM单元的IGBT1导通、从另一方面分析电容电压总和z，对于接入的IGBT2关闭时，SM输出为电容电压，表示其接人第个SM的电容电压有：电路，为接入状态；当IGBT2导通、IGBT1关闭时，1，￡SM输出为O．为短路状态。因此，每个SM都可以输m+1J。(ik&)dt(8)出和0

7、这2种电平。其中，为流过该SM悬浮电容的电流；“m为该SM从交流侧看．各相的SM皆为串联在一起．因此悬浮电容的初始电压；S为第个SM的开关函数。其输出电压是各个SM输出状态的代数叠加结果。由此可以得到：假设MMC每相上、下桥臂各有Ⅳ个SM．且同时只接人Ⅳ个．那么可输出Ⅳ+1种电平∑s【+寺J。(ikS)drJ=2MMC桥臂不平衡下的环流方程Yk：=1&uok+Lk=1s【LJ0(、“”)dtJ(9)本文采用的调制算法为Ⅳ+1调制算法．其上、由于为开关函数，