固态变压器中MMC的热平衡分析及控制方法研究

发布时间：2020-06-09 12:01

【摘要】：模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因拥有模块化结构,容易安装和维护修理,制造工艺简单,开关频率较低,并且由于MMC的每个桥臂的等效电感和所有电容都是串联连接的,对于故障的处理相对快速简单,因此简化了将MMC用于高压直流输电的难度,在柔性直流输电中得到广泛的应用。目前对于MMC的均压环流等控制方法已经有大量的系统研究,但对MMC中子模块元器件结温以及产生结温不平衡原因的研究较少。本文通过对电容电压平衡方法的仿真,发现此方法会导致子模块之间结温的不平衡;提出了从子模块参数离散性的角度分析子模块之间结温不平衡产生的原因;给出了一种将电容电压平衡改进为热平衡控制的方法,实现了子模块之间结温差异的降低。本文主要工作如下:首先,对MMC的拓扑结构进行介绍,有全面分析了子模块的运行方式,研究了MMC损耗的计算方法,并建立了MMC的热模型。根据所建立的热模型对损耗和结温进行迭代,得到子模块中各元器件的工况结温。其次,从调制策略所使用的电容电压平衡方法和子模块参数离散性两方面,分析了子模块热失衡产生的原因。对最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)策略下中使用带电压上下限方法的子模块结温特性和载波移相调制(Carrier Phase Shifting SPWM,CPS-SPWM)策略下能量均衡方法的子模块结温特性进行仿真对比。仿真结果表明,与载波移相调制中能量均衡方法相比,最近电平逼近调制的电容电压平衡方法中子模块各元器件的等效开关频率不固定,各元器件结温存在明显的不一致性。然后,针对最近电平逼近调制中子模块结温的不均衡性给出一种热平衡控制方法。该方法首先判断元器件的结温偏差是否超过相应的参考值,来决定是否采用热平衡控制方法。若采用热平衡控制方法,则根据此周期需投入的子模块数与上周期投入子模块数的差值判断需投入还是切除子模块,然后根据子模块的运行方式判断子模块投入切除时所使用的元器件,将此元器件的结温和子模块电容电压通过权重参数整合,然后根据桥臂电流方向对整合值进行排序,实现对子模块的投入和切除。最后通过判定所投入的子模块的电容电压是否超过设定的电容电压最大值,保证了子模块输出电压的稳定性。最后,通过仿真验证了此热平衡控制方法通过提供更均匀的开关配置,降低了子模块中元器件最大结温和最小结温之间的差异,也降低了单个子模块中元器件结温的波动。
【图文】：

拓扑结构图,拓扑结构,桥臂,中点

MMC的基本拓扑结构

桥臂,电流,拓扑,二极管

图 2.2 A 相上桥臂电流Fig. 2.2 A-phase upper arm current理结构示意图如图 2.3 所示，，从子模块的拓扑件 T1、T2 与两个二极管 D1、D2 和一个直流
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM40

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