基于辅助谐振极软开关子模块的模块化多电平换流器的研究

发布时间：2020-07-11 15:12

【摘要】：模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)以其模块化程度高、扩容性好、交流侧谐波含量小等优势,在中压直流配电网得到了应用。但是,相比于高压领域如柔性直流输电,在中压直流配电网中,MMC子模块数量明显减少,一般为10~30个,为了维持输出波形的质量,子模块中开关器件的开关频率较高,较高的开关频率会造成较大的开关损耗,导致MMC的损耗很大。软开关技术能使开关管工作于零电压/零电流开关(ZVS/ZCS)状态,减小器件的开关损耗。本文以半桥型MMC为研究对象,以辅助谐振极(Auxiliary Resonant Commutated Pole,ARCP)软开关子模块替代传统半桥子模块,在MMC中引入软开关技术,使开关管实现ZVS/ZCS,达到降低换流器开关损耗的目的。由于ARCP子模块来源于中低压领域的软开关逆变器拓扑,其直接应用于MMC时并不能完全兼容,因此本文还对最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)下软开关MMC的实现方法进行了研究。基于ARCP子模块的MMC的工作原理与传统MMC本质上是一样的,因此,本文首先详细地介绍了MMC与半桥子模块的拓扑结构和工作原理,介绍了MMC在中压应用领域常用的两种调制策略:最近电平逼近调制和载波移相调制,详述了它们分别与电容电压均衡控制策略联合控制子模块投切的工作流程,介绍了MMC的损耗分类和各种损耗计算方法。随后,本文介绍了ARCP子模块的拓扑结构,分析了子模块内部三种不同的换流过程,明确了谐振元件参数和控制参数的选取原则,并介绍了本文硬件平台与实验的参数的设计步骤。接着分析了NLM下,MMC桥臂输出电压与桥臂参考电压阶梯波之间存在相位误差的特性。为了消除该相位误差,需要在参考电压电平发生跳变之前选择即将投切的子模块,但是在电平跳变之前无法确定即将投入的子模块数,对此本文提出了一种预测选择算法。通过搭建仿真模型,验证了预测选择算法的有效性。最后,本文搭建了一个ARCP子模块硬件平台并进行了实验,实验结果验证了子模块内部换流过程分析的正确性和软开关技术对降低MMC损耗的有效性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

子模块,软开关,硬件

华中科技大学硕士学位论文5 实验验证CP 子模块主电路及控制电路设计设计搭建了一个 ARCP 子模块硬件平台来验证软开关换流过程分 MMC 中各个子模块的工作特性大致相同，利用此子模块还可验证C 降损的有效性，软开关子模块的硬件实物如图 5.1 所示，包含两、两个辅助开关管 IGBT、两个吸收电容、一个谐振电感、两个直流源与驱动电路，硬件参数如表 5.1 所示。

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