模块化多电平变换器变压平衡策略的研究.pdf

模块化多电平变换器电压平衡策略研究 摘 要 Multilevel 模块化多电平变换器(Modular 和多个独立直流电压源，具有模：块化结构、易扩展到任意电平，可共享一个直 流侧，易实现直接背靠背四象限：运行等优点，受到广泛关注。 由于MMC利用子模块中的悬浮电容对直流侧分压提供合成交流输出电压 所需的电压台阶，因此子模块电容电压的平衡对MMC的稳定运行至关重要。 本文对影响MMc子模块电容电压平衡的因素进行了详细的分析，重点对额定 频率下子模块电容电压平均值控制策略和低频时子模块电容电压脉动抑制策略 进行了研究。 本文首先介绍了MMC的拓扑结构、基本运行原理和预充电方案，阐述了 一种简化的调制策略，该策略结合了单个桥臂内子模块电容电压的平衡方案， 可使桥臂内子模块电容电压保持相等。在此基础上，将桥臂作为一个整体，从 功率和能量的角度，对子模块电容电压的平均值变化规律和脉动规律两个方面 进行了分析，揭示了子模块电容电压与桥臂环流的内在联系。并为了研究和仿 真的方便，建立了MMC的连续模型。 MMC运行于额定频率时，通过电容参数的选择，脉动可控制在合理的范 围内，其电压平衡的控制目标主要是保持平均值恒定。基于对子模块电容电压 平均值变化规律与环流关系的分析，构造了桥臂电容电压和控制系统与桥臂电 容电压差控制系统。搭建了单相五电平物理模型和连续模型进行了仿真验证， 仿真结果证明了所设计的电压控制策略具有良好的性能，并验证了连续模型的 合理性。 MMC运行于低频时，子模块电容电压脉动急剧增大，本文在分析了脉动 原因的基础上，通过桥臂电压和桥臂电流重构，把桥臂功率低频脉动转化为高 频脉动，从而使子模块电容电压脉动的幅值大大降低。搭建了三相五电平仿真 模型对低频电压脉动抑制策略进行了仿真，仿真结果验证了所提低频电压脉动 抑制策略的正确性。 最后，设计并搭建了单相五电平MMC实验样机，给出了子模块主要单元 的程序功能框图和DSP的软件流程图，并对FPGA程序进行了仿真验证。最后， 给出了样机的实验波形，实验结果证明了所提平均值电压控制策略的正确性和 有效性。 关键词：模块化多电平变换器(MMC)；电压平衡；平均值；脉动；仿真验证； DSP和FPGA；实验样机 Researchonthe Balance Voltage Strategy ofM0dular MultilevelConverter ABSTRACT Without deVicesand DC ModularMultilevel clamping separatesources， amodular it’s to to level-With ConVerter(MMC)hasstructure，soeasyexpandany common convenient1：oworkon DC·link，it’s fou卜quadrant to thementioned attracl，s attention． adVantage，itwidespread Becausethe which AC is Voltage step synthesizeoutputVoltageprovided by the divideaDC