MMC型直流变压器的控制策略研究

发布时间：2020-09-30 00:47

　　同交流电网相比,直流电网具有一系列优势,因而成为解决新能源发电并网稳定性问题的研究热点。DC-DC变换器已成为连接不同电压水平直流电网的关键参与者,而由于功率开关器件耐压等级的限制,传统的DC-DC变换器不能应用于高压大功率场合,而现有的高压直流变换器技术还不够成熟,还存在一系列缺陷。尽管一些学者提出了可应用于高压大功率场合的MMC型DC-DC变换器的拓扑结构,但取得的研究成果仍然相对较少,目前也尚未有实际的示范工程,因此还需对该拓扑进行更深入的研究。本文重点研究了基于MMC的DC-DC变换器的控制策略,针对传统控制方法存在的缺陷与不足,对变换器的调制策略和均压控制策略进行了改进。(1)本文分别分析了单向和双向MMC型DC-DC变换器的拓扑结构及基本原理,总结了目前采用的调制策略,对比了各自的优缺点,并介绍了目前采用的排序均压控制策略。(2)本文针对单向MMC型DC-DC变换器在传统电平逼近控制策略下,由于未考虑桥臂电感的压降,导致直流侧电流波动比较大的问题,提出了一种电流直接跟踪调制策略,在该控制策略下,由于考虑了桥臂电感的压降,因而可以在不加设滤波器的情况下,减小直流电流的波动,同时增大了输出电压,避免了桥臂电感元件导致输出电压波形发生畸变。但由于所提调制策略的控制周期小于传统电平逼近调制策略,在传统均压控制策略下,子模块的开关频率会比较高,为此,本文改进了电压均衡控制环节,提出了一种与所提调制策略相配合的改进电压均衡控制策略,从而可以使所提调制策略在不显著增加开关频率的条件下,改善输入电流的波形。(3)为了减小双向MMC型DC-DC变换器在传统控制方法下的开关损耗,提高变换器的效率,本文提出了一种适用于该变换器的分层控制策略,对系统层,阀控层分别进行控制,在实现电压稳定变换的同时,子模块的开关频率也实现了一致,均等于调制波的频率,从而降低了开关损耗。但由于所提控制策略在每个周期内只进行了一次均压控制,因此子模块电容电压的波动会比较大,为了使子模块电容电压的波动在允许范围内,选取计算了所提控制策略下的子模块电容值。(4)在Matlab/Simulink仿真平台中分别搭建了单向和双向MMC型DC-DC变换器的仿真模型,对所提控制策略的有效性进行了验证。仿真表明所提单向MMC型DC-DC变换器的控制策略,可以在不显著增加开关频率的条件下,有效改善输入电流的波形,不需外加滤波器,降低了系统的成本;所提双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,在实现电压稳定变换的同时,降低了开关损耗。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

拓扑图,拓扑图,变换器

华北电力大学硕士学位论文的数目比较多时，整个装置的体积就会很大，进而占用较大的空间和维护的难度；为了增加子模块的功率密度，需要增加功率开关器，但变换器的损耗就会增加，进而转化效率就会降低[13]。此外由于容的存在，当发生直流侧故障时会出现过电流，需要添加额外的直是直流断路器的成本很高；故障排除后，电容还需要重新进行充电消除后的恢复进程[14]。在均压均流的控制方式上，文献[15]分析了并联（ISOP）型变换器的输入电压均衡稳定性，提出了 2 个输入判据，以实现系统的输出均流，同时实现输入电压均衡；文献[16]环控制策略，通过电压均衡控制环的输出实时校正电流环的输入给入电压均衡和输出电流均衡；文献[17]也进行了类似的研究。总体器子模块的串并联来实现高压大功率 DC-DC 变换器的技术，随着增多，串联侧的均压控制和并联侧的均流控制会越来越复杂，均压度也会越来越慢。

拓扑图,串联谐振,拓扑图,均压

以实现系统的输出均流，同时实现输入电压均衡；文献[16]环控制策略，通过电压均衡控制环的输出实时校正电流环的输入给入电压均衡和输出电流均衡；文献[17]也进行了类似的研究。总体器子模块的串并联来实现高压大功率 DC-DC 变换器的技术，随着增多，串联侧的均压控制和并联侧的均流控制会越来越复杂，均压度也会越来越慢。图 1-1 DAB 变换器拓扑图

主电路拓扑

以及监控等过程简化。的研究现状输电工程采用的 VSC 拓扑主要为两电平或三电平有很好的工程应用价值[20]。但是，当传送容量大且BT 耐压只有几千伏，为了达到所需的直流电压水需要为每个桥臂串联数百个 IGBT，由此会带来开耗大等一系列问题[21]。针对上述问题，Siemens 公器（Modular Multilevel Converter,MMC），如图 1由慕尼黑联邦国防大学的 Rainer Marquardt 教授联，通过调整子模块的个数，可以扩展到任何电压前主要采用半桥和全桥拓扑结构，如图 1-4 所示，电平，全桥拓扑可以输出 0、 Uc三种电平，实际选取相应的子模块拓扑。由于 MMC 的一系列优点流输电技术发展的必然趋势[22]。

【参考文献】