模块化多电平电压源换流器的数学模型

MMC-HVDC基本控制策略研究及改进模块化多电平换流器(MMC)作为全控型电压源换流器(VSC)的一种新型拓扑结构,具有开关频率低、波形质量高、可拓展等优点,具有良好的发展前景。

十几年来,MMC-HVDC技术发展飞快,在工程应用领域以及理论研究领域取得了众多的成果,但依然尚有许多研究问题需要解决,如电容电压平衡优化控制问题、控制系统优化设计问题,等等。

本文在总结前人研究成果的基础上,对MMC-HVDC系统基本控制策略展开了深入研究。

本文首先针对MMC-HVDC系统的拓扑结构及其基本工作原理进行了详细分析,建立了MMC换流器的数学模型,阐述了MMC换流器子模块电容器以及桥臂电抗器的选取方法,并就MMC-HVDC系统基本控制策略进行了简单的介绍,为MMC-HVDC系统模型的搭建提供了一定的理论依据。

其次,针对MMC-HVDC系统阀组级控制策略进行了研究,介绍了MMC调制技术,并对CPS-SPWM调制策略进行了重点叙述,对子模块电容电压波动机理与环流产生原理进行了分析,阐述了传统的电容电压均衡控制与环流抑制控制策略,并利用传统电容电压平衡控制的思想设计了改进的均压拓扑,搭建了仿真模型对改进的均压拓扑的有效性进行了仿真验证。

再者,针对MMC-HVDC系统换流站级控制策略进行了研究,根据MMC交流侧数学模型,推导出了基于d-q轴解耦控制的电流内环控制以及功率外环控制,并结合系统级控制和阀组级控制设计了两端有源MMC-HVDC控制系统,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了MMC-HVDC系统仿真模型,分别对有功、无功功率的阶跃和反转进行了仿真分析,结果验证了所设基本控制策略的正确性。

最后,为提高MMC-HVDC系统受干扰能力,本文对换流站级控制策略进行了改进,将功率外环控制由开环改进成闭环,同时在功率外环控制的基础上添加交流侧故障控制,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了两端有源MMC-HVDC系统仿真分析模型,对采用改进控制策略前后的小扰动工况以及暂态工况运行特性进行了对比分析,结果验证了改进控制策略的有效性。

基于MMC电磁仿真建模1.模块化多电平换流器建模研究模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）是一种新型电压源型换流器（voltage source converter ,VSC）拓扑结构。

基于子模块级联结构的MMC具有很多的优点，如保持较大桥臂等效开关频率的同时降低开关频率和开关损耗，不涉及直接串联开关元件动作一致性问题，输出的交流波形具有较高的质量。

因此，MMC在高电压大容量输送电能和电力驱动应用方面有很大的前景。

MMC详细模型只能通过小步长来捕捉高频开关的精确变化，且每有开关动作时须更新系统的导纳矩阵。

随着电力系统规模的不断扩大，MMC的大量应用及其子模块数目的增长，详细模型原有的仿真算法给电磁暂态仿真造成了极大的仿真负担。

下面将提出两种MMC建模方法。

2.一种基于多频段动态相量法的MMC换流器建模方法研究多频段动态相量法首先对信号进行频率分解，然后按频段重组，再针对重组的信号分频段移频，最后利用多核CPU进行大步长并行仿真。

2.1MMC拓扑结构MMC 主电路拓扑及其子模块结构如图1所示。

其主电路包括三个相单元，每相由上、下桥臂组成。

每个桥臂均由1个电抗器和N个子模块串联组成。

图1 MMC结构示意图：（a）MMC主电路图，（b）MMC子模块结构图2.2MMC开关模型子模块的开关函数：(1)其中，=1表示第K个子模块耦合到桥臂，参与桥臂运行；=0表示第K个子模块被旁路，不参与桥臂运行。

图2是MMC开关函数模型。

图2 MMC开关函数模型2.3 多频段动态相量耦合模型多频段动态向量模型：（2）2.4多频段动态相量解耦模型为了利用并行技术加快仿真，需对上式做简化处理，处理结果如下：（3）经过近似处理，各频段间解耦，各频段仿真可并行。

3.MMC换流器的戴维南等效模型MMC换流器的戴维南等效模型的目标是从图1所示的MMC出发，建立包含N个子模块的一个MMC桥臂的戴维南等效模型，如下图所示。

文章编号：１００４－２８９Ｘ（２０２０）０６－００３２－０５模块化多电平换流器改进简化模型及分析张?一１，陈和洋２，罗赫平１（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建　福州　３５０１０８；２ 国网龙岩供电公司，福建　龙岩　３６４０００）摘　要：模块化多电平换流器（ＭＭＣ）在电平数较多情况下采用等效模型进行电磁暂态仿真对解决仿真效率低问题具重要意义。

实际子模块中存在均压电阻，现有建模方法往往对其进行忽略，本文对含均压电阻的受控源桥臂等效模型建模进行改进简化，进一步提高ＭＭＣ受控源等效模型仿真的精度和效率。

方法通过对ＭＭＣ子模块开关器件以开关状态形式进行简化，基于递推Ｄｏｍｍｅｌ等值计算方法，降低子模块电容电压更新计算复杂度进而提高仿真效率。

并在ＰＳＣＡＤ软件进行仿真分析两种常见详细等值模型，为ＭＭＣ模型选取提供选择依据。

关键词：模块化多电平换流器；受控源等效模型；电磁暂态仿真中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：ＢＩｍｐｒｏｖｅｄＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＭｏｄｅｌａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒＺＨＡＮＧＸｕａｎ ｙｉ１，ＣＨＥＮＨｅ ｙａｎｇ２，ＬＵＯＨｅ ｐｉｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＬｏｎｇｙａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ３５０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉ ｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＭＭＣ）ａｄｏｐｔａｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｌｅｖｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｏｗｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｖｏｌｔ ａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｕｂｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｔｅｎｎｅｇｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｂｒｉｄｇｅａｒｍｗｉｔｈｖｏｌｔａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔｏｒ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅＭＭＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｔｈｅＭＭＣｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｃｕｒ ｓｉｖｅＤｏｍｍｅｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｕｐｄａｔｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＩｎＰＳＣＡＤｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｗｏｃｏｍｍｏｎｄｅｔａｉｌｅｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＭＭＣｍｏｄｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１　引言直流输电技术凭借着其适合远距离大容量传输的特点得到了广泛的推广和发展，是解决能源资源优化配置的有效方法之一。

MMC-HVDC系统数学模型及其控制策略曹春刚;赵成勇;陈晓芳【摘要】Modular multilevel converter (MMC) is a new topology in VSC-HVDC,which is different from the conventional two level VSC. Therefore.it is significant to study the modeling and control strategy of MMC-HVDC. The topology and working principle of MMC are introduced in this paper. Considering the reactance of the bridge, the mathematic model of the MMC-HVDC was developed, and the simplified circuit diagram of MMC-HVDC was obtained. The 21-level MMC-HVDC system was constructed in PSCAD/EMTDC environment. In the synchronous dq reference frame, the feed forward compensation control strategy is applied, and the simulation results verify that the mathematical model is correct and the control strategy is effective.%模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)是电压源换流器型直流输电领域的一种新型拓扑,与传统的两电平存在一定的不同,因而对其建模及控制策略进行研究,有重要的意义.论文介绍了MMC的拓扑结构及工作原理.在考虑桥臂电抗的基础上,推导出模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)的数学模型,进一步得到MMC-HVDC的简化电路图.在PSCAD/EMTDC下搭建了21电平MMC-HVDC系统,在dq同步旋转坐标系下,采用前馈解耦控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了该数学模型的正确性和控制策略的有效性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2012(024)004【总页数】6页(P13-18)【关键词】模块化多电平换流器;桥臂电抗;数学模型;简化电路图;控制策略【作者】曹春刚;赵成勇;陈晓芳【作者单位】华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003;华北电力大学(保定)电气与电子工程学院,保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM721.1电压源换流器型直流输电VSC-HVDC(voltage source converter-high voltage direct current)，具有有功无功灵活可调、占地面积小、环境污染小、具备黑启动能力等显著优点，在可再生清洁能源(如风能和太阳能)的大力开发和利用，城市配电网转入地下改造等领域得到越来越广泛的应用[1～5]。

mmc的标幺值
标幺值是相对于某个基准值的比值，主要用于表示和计算电力系统元件的参数，如发电机、变压器、线路等的参数。

在电力系统中，标幺值通常用于简化计算和分析过程，因为它们消除了单位的影响，使得不同单位间的计算变得简单。

在MMC（模块化多电平换流器）中，标幺值的应用尤为重要。

MMC是一种新型的直流输电技术，其核心组成部分是多个子模块的串联和并联。

为了准确地描述和计算MMC的工作状态和性能，需要使用标幺值来表示各个参数。

在MMC中，标幺值的计算通常基于以下几个方面：
1、基准电压：通常选择MMC的直流电压作为基准电压，因为直流电压在MMC 运行过程中基本保持不变。

这样，通过将其他电压值与这个基准电压进行比较，可以得到各个电压的标幺值。

2、基准电流：选择MMC的额定电流作为基准电流。

通过将各个电流值与这个基准电流进行比较，可以得到各个电流的标幺值。

3、基准阻抗：选择MMC的额定阻抗作为基准阻抗。

通过将各个阻抗值与这个基准阻抗进行比较，可以得到各个阻抗的标幺值。

在计算MMC的标幺值时，需要注意以下几点：
1、标幺值的计算应该基于实际运行参数，而不是设计参数或额定参数。

这是因为实际运行参数更能反映MMC的实际工作状态和性能。

2、标幺值的计算应该考虑所有相关的参数，包括直流电压、交流电流、阻抗等。

这些参数的变化都会影响MMC的性能和稳定性。

3、标幺值的计算应该遵循相关的电力系统和控制系统的标准或规范。

这样可以确保计算结果的准确性和可靠性，为后续的分析和设计提供可靠的依据。

模块化多电平变换器的数学建模与分析当今世界经济发展所面临的重要课题之一就是如何节约能源、保护环境。

其中，用于电力变换的模块化多电平变换器就是一个非常重要的技术手段。

而对于模块化多电平变换器来说，数学建模和分析就显得尤为重要。

本文将介绍模块化多电平变换器的数学建模和分析方法，希望能为相关研究提供一些借鉴和参考。

一、模块化多电平变换器的概念及特点模块化多电平变换器是一种应用于高功率电力电子补偿、驱动等领域的电力变换器。

与传统电力变换器相比，它具有更高的功率密度、更好的电力质量和更高的效率等优点。

其实现方法是通过并联多个交流电源和电容、电源开关器件，在无需任何额外的输出滤波器的条件下，构成多个输出电平，实现直流电压变换。

模块化多电平变换器具有以下几个特点：1.可重构性：可根据不同的应用需求选择不同的电压级数目，实现最佳的功率匹配。

2.高效率：由于无需输出滤波器，因此不仅能够减少磁性元件的大小和重量，还能提高效率。

3.输出电压质量优秀：在满足一定的调制策略下，输出电压具有较低的失真和较小的开关噪声。

4.可靠性高：由于输出过电压和过电流保护，使模块化多电平变换器具有更高的可靠性。

二、模块化多电平变换器的数学建模模块化多电平变换器的数学建模实质上就是描述它的输入-输出关系。

以下将介绍两种不同的数学建模方法。

1.能量平衡法建模能量平衡法建模的主要思路是通过能量守恒原则，建立模块化多电平变换器的电路方程，用于分析其输入和输出电路的关系。

具体而言，在模块化多电平变换器的等效电路图中，利用基尔霍夫电流和电压定律，分别对每个电容、电源开关进行分析，建立其电路方程。

同时，在考虑开关状态的同时，对每个开关器件进行电流通道和电压通道的分析，建立对应的拓扑结构。

2. 矢量控制法建模矢量控制法建模的思路是将模块化多电平变换器的电路分解为多个独立的等效电路，并对每个等效电路进行控制。

通过电压调制和电流控制两部分控制方式，精确控制每个等效电路的状态，实现对整个模块化多电平变换器的控制。

模块化多电平（MMC）电压源型换流器1柔直输电的基本原理柔性直流输电系统作为直流输电的一种新技术,也同样由换流站和直流输电线路构成。

柔性直流输电功率可双向流动，两个换流站中的任一个既可以作整流站也可以作逆变站运行，其中处在送电端的工作在整流方式，处在受电端的工作在逆变方式。

为简明起见，以典型的三相两电平六脉动型换流器的柔性直流输电换流站为例，介绍柔性直流输电的基本原理。

系统结构如图2-1所示。

由图虚线划分可知，两端柔性直流输电系统可以看作为两个独立的静止无功发生器（STATCOM）通过直流线路联结的合成系统；对于交流系统而言，交流系统向柔性直流换流站提供连接节点，即换流站与交流系统是并联的。

由以上柔性直流输电系统拓扑结构特点分析可知，柔性直流输电系统具有STATCOM进行动态无功功率交换的功能，除此之外，由于两个电压源换流器（VSC）的直流侧互联，它们之间又具备了有功功率交换的能力，可以在互联系统间进行有功潮流的传输。

图2-1两端VSC-HVDC结构示意图（1－两端交流系统；2－联结变；3－交流滤波器；4－相电抗/阀电抗器；5－换流阀；6－直流电容；7－直流电缆/架空线路。

背靠背式两端VSC-HVDC不包含7）柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器/阀电抗器、联结变压器、交流滤波器、控制保护以及辅助系统（水冷系统、站用电系统）等。

电压源型换流器包括换流电路和直流电容器，实现交流电和直流电转换的换流电路由一个或多个换流桥并联（或串联）组成，目前在柔性直流工程中还未出现多个换流桥组成的组合式换流器，但组合式换流器可以达到降低开关频率，减少损耗的目的，在某些情况下也可能被采用。

电压源型换流桥可以采用多种拓扑结构，工程中常用的有三相两电平桥式结构，二极管钳位式三电平桥式结构、模块化多电平结构，还有工程中未曾应用，但研究者比较关注的二极管钳位多电平结构和飞跨电容多电平结构。

换流器中的每个桥有三个相单元，一个相单元有上下两个桥臂，每个桥臂或由一重阀（两电平）构成，或由两重阀（三电平）构成，或由多重阀（多电平）构成。

模块化多电平换流器原理pdf -回复
模块化多电平换流器是一种电力电子装置，用于将直流电转换为交流电。

它由多个模块组成，每个模块都包含一个电容和一个开关器件。

这些模块可以按照需要组合在一起，以产生所需的输出电压和频率。

模块化多电平换流器的原理是利用多个电容和开关器件来产生多个电平的输出电压。

这些电平可以组合在一起，以产生所需的输出电压和频率。

每个模块都包含一个电容和一个开关器件，当开关器件关闭时，电容会充电，当开关器件打开时，电容会放电。

通过控制开关器件的开关时间和频率，可以产生所需的输出电压和频率。

模块化多电平换流器的优点是可以产生高质量的输出电压和频率，同时具有高效率和可靠性。

它可以应用于各种电力电子应用，如电动汽车、太阳能发电系统和工业控制系统等。

在创作方面，可以通过研究模块化多电平换流器的原理和应用，设计和制造自己的模块化多电平换流器。

这需要具备一定的电力电子知识和技能，以及相关的电路设计和制造工具。

同时，还需要进行实验和测试，以验证设计的正确性和可靠性。

这样可以为电力电子领域的发展做出贡献，并为实际应用提供更好的解决方案。

I 摘要本文分析了传统的多电平换流器的拓扑结构和优缺点并在此基础上重点对模块化多电平换流器Modular Multilevel ConverterMMC的拓扑结构及其控制策略进行了深入研究。

首先介绍了多电平换流器的产生和发展过程阐述了多电平换流器的应用并对几种传统的多电平换流器的拓扑结构进行了对比分析提出了一种新型的模块化多电平换流器拓扑结构。

本文详细分析了模块化多电平换流器的拓扑结构、子模块的拓扑结构及其工作机制并以此为基础建立了模块化多电平的开关函数模型和瞬时功率模型给出了桥臂电容电压波动和子模块电容电压和电流的时域解析表达式。

以数学模型为基础提出了载波移相正弦脉冲宽度调制技术CPS-SPWM在模块化多电平换流器中的实现方法研究了模块化多电平换流器桥臂子模块电容电压的预充电策略和电压均衡控制过程。

本文采用PSCAD/EMTDC对模块化多电平换流器进行建模和仿真分析了模块化多电平的稳态响应特性和动态响应特性验证了本文提出的控制策略有效性和可靠性并对输出电压进行频谱分析证明载波移相正弦脉冲宽度调制技术可以通过相互抵消低次谐波有效地实现较高的等效开关频率。

在理论分析和软件仿真的基础上本文采用FPGA实现了载波移相脉冲宽度调制技术输出了脉冲波形并与软件仿真波形进行了对比分析研究表明模块化多电平换流器具有模块化程度高有效降低主控开关器件电压、电流容量等优点采用载波移相正弦脉冲宽度调制技术的模块化多电平换流器的等效开关频率高适合应用于高压大功率领域。

关键词模块化多电平换流器载波移相正弦脉冲宽度调制FPGA II Abstract With the continuous development of power electronics technology high-voltage high-powerfull-controlled power electronic devices IGBT IGCT have gainedrapid development more and more in-depth research on high-power electronic converter device in large-capacity motor-driven and AC/DC power transmission and other occasions also become very popular. While in high-voltage high-power applications there is a big contradiction between the power devices’ power handling capability and its toggle frequency. Under the premise that the power switching device has no essential breakthrough the multi-level converter is undoubtedly the best choice to solve the high-voltage high-power applications. This paper analyzes the traditional multi-level converter topology and its advantages and disadvantages and on this basis focusing on the topology and control strategy of the modular multi-level converter Modular Multilevel Converter MMC study. This paper firstly introduces the emergence and development of the multi-level converter describes several applications of multi-level converter conducts the comparative analysis on several traditional multi-level converters in topology and then proposes a new modular multi-level converter topology. This paper made detailed analysis of the modularmulti-level converter topology and its sub-module’s to pology and its working mechanism. Based on the topology and its working mechanism developed the modular multi-level switching function model and give the time-domain analytical expression of bridge capacitor voltage fluctuations and the sub-module’s capaci tor voltage and current. Based on the said mathematical model this paper describe how to implement the the carrier phase shift sinusoidal pulse width modulation technique CPS-SPWM in a modularmulti-level converter and study the sub-module’s precharge stra tegy and voltage balance control process. At last In this paper PSCAD / EMTDC is employed to establish the modular multi-level converter model we analyze modular multi-level converter’ssteady-state response characteristics and dynamic response characteristics to verify the validity and reliability of the proposed control strategy make the output voltage spectrumanalysis to prove that the carrier shift phase sinusoidal pulse width modulation can achieve a high equivalent switching frequency by canceling low harmonics. On the basis of theoretical analysis and software simulation a FPGA-based implementation of the carrier phase pulse width modulation is made which can output PWM pulse waveform. The comparative analysis between the said PWM pulse waveform and the waveform from the PSCAD / EMTDC software proves that the MMC has highly modularity can effectively reduce the voltage and current capacity of the power switching device and is suitable III for high-voltage and high-power applications. Keywords:MMCCPS-SPWMFPGA I 目录摘要.......................................................................................................................................... (I)Abstract ................................................................................................................................. ........... II 1 绪论.......................................................................................................................................... - 1 - 1.1引言................................................................................................................................ - 1 - 1.2多电平换流器的产生与发展........................................................................................ - 1 - 1.3多电平换流器的应用.................................................................................................... - 2 - 1.4传统多电平换流器........................................................................................................ - 3 - 1.4.1 级联型H桥多电平换流器拓扑结构............................................................... - 3 - 1.4.2 二极管箝位型多电平换流器拓扑结构............................................................ - 4 - 1.4.3 飞跨电容型多电平换流器................................................................................ - 4 - 1.5 模块化多电平换流器研究背景与意义....................................................................... - 4 - 1.6本文主要研究内容........................................................................................................ - 5 - 2 模块化多电平换流器.............................................................................................................. - 7 - 2.1 模块化多电平换流器拓扑结构................................................................................... - 7 - 2.2子模块的拓扑结构及工作原理................................................................................... - 8 - 2.3 MMC数学模型........................................................................................................... - 11 - 2.3.1 开关函数模型.................................................................................................. - 11 - 2.3.2 瞬时功率模型.................................................................................................. - 13 - 2.3.3 桥臂电容电压波动.......................................................................................... - 14 - 2.3.4 子模块电容电压和电流.................................................................................. - 14 - 2.4 MMC控制策略........................................................................................................... - 16 - 2.4.1原理分析........................................................................................................... - 17 - 2.4.2波形分析........................................................................................................... - 17 - 2.5电容电压控制.............................................................................................................. - 21 - 2.5.1 电容电压预充电过充...................................................................................... - 21 - 2.5.2 电容电压均衡控制.......................................................................................... - 22 - 3 模块化多电平换流器研究....................................................................................................- 24 - 3.1 MMC建模................................................................................................................... - 24 - 3.1.1 MMC参数选择................................................................................................ - 24 - 3.1.2 MMC拓扑结构建模........................................................................................ - 25 - 3.1.2 MMC控制策略建模........................................................................................ - 26 - 3.1.3电容电压控制策略建模................................................................................... - 28 - 3.3稳态响应特性分析...................................................................................................... - 31 - 3.3动态响应特性分析...................................................................................................... - 33 - 3.4性能指标优化.............................................................................................................. - 36 - 3.4.1 电容电压均衡对MMC性能的影响.............................................................. - 37 - 3.4.1 载波频率对MMC性能的影响...................................................................... - 37 - 3.4.3 电压调制比对MMC性能的影响.................................................................. - 38 - 3.4.4 子模块个数对MMC性能的影响.................................................................. - 40 - 3.4.5 结论.................................................................................................................. - 43 - 3.5 小结............................................................................................................................. - 44 - 4 控制系统的设计与实现........................................................................................................ - 45 - 4.1引言.............................................................................................................................. - 45 - 4.2技术与工具.................................................................................................................. -45 - 4.1.1.DDS技术.......................................................................................................... -46 - 4.1.2 Quartus II Design Software ............................................................................... -48 - 4.1.3 DSP Builder ....................................................................................................... -49 - 4.3 系统设计..................................................................................................................... - 51 - 4.4子模块设计................................................................................................................. - 53 - II 4.4.1 波形发生模块.................................................................................................. - 53 - 4.4.2 脉冲发生模块.................................................................................................. - 55 - 4.4.3 死区控制模块.................................................................................................. -58 - 4.4.4 Nios II控制器................................................................................................... -59 - 4.5 仿真及实验结果......................................................................................................... - 61 - 4.5.1 实验平台.......................................................................................................... - 61 - 4.5.2 系统编译.......................................................................................................... - 62 - 4.5.3 系统仿真.......................................................................................................... - 63 - 4.6 小结............................................................................................................................. - 65 - 5 总结与展望............................................................................................................................ - 66 - 5.1 结论............................................................................................................................. - 66 - 5.2 展望............................................................................................................................. - 66 -参考文献.................................................................................................................................... - 68 - 致谢.......................................................................................................................................... .. - 71 - 附件.......................................................................................................................................... .. - 72 - 1死区发生模块源程序.................................................................................................. - 72 - 2Nios II控制程序.......................................................................................................... - 72 - - 1 - 1 绪论在过去的20年多电平变换技术作为一种在大功率控制领域切实可行的技术已引起了科学界和工业界广泛的研究兴趣。

本科毕业设计 (论文)题目：模块化多电平换流器平均值模型的建立与仿真学生姓名：学号：班级：专业：院（系）：指导教师：二零二零年五月十五日毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要柔性直流输电系统有着不再需要滤波器、可以向无源网络供电、能够改变电流方向、可以快速调节有功、无功功率的优点，已经开始大规模建设。

模块化多电平换流器因为其低运行损耗、输出波形质量高、可靠性高等优点，在柔性直流输电领域已经成为了首选的换流器拓扑，也是相关领域研究的大热门。

通过研究MMC的拓扑结构、MMC的工作原理来建立MMC的数学模型，然后对MMC的数学模型进行简化，得到MMC的平均值数学模型。

研究MMC的调制策略，选择适用于MMC平均值模型的调制策略，并且该调制策略要适用于选择的电容电压平衡策略和环流抑制策略。

对电容电压不平衡产生机理、相间环流产生机理进行分析，然后选择适用的电容电压平衡策略和环流抑制策略，并通过详细模型的仿真来验证选择的策略有效性。

最后，建立MMC平均值模型进行仿真分析，并通过与详细模型的输出电压、输出电流、a相电流波形进行比较，验证MMC平均值模型的有效性和其精度，通过Matlab中的函数调试出平均值模型和详细模型的运行时间，比较后得出加速比，验证其能否加速仿真。

模块化多电平换流器型直流输电的建模与控制管敏渊,徐 政(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)摘要:分析了模块化多电平换流器(M M C)的电路结构和运行特性,指出了MM C 每相上、下2个桥臂交流输出端是等电位点。

将三相等电位点虚拟短接后,每相上、下2个桥臂换流电抗可以并联成一个电抗,与交流系统相连,其结构与传统电压源换流器(VSC)类似。

文中据此得到了M M C 的简化等效电路理论模型。

根据该等效电路理论模型,M M C 的控制可以直接使用传统VSC 的控制策略。

将传统VSC 常用的矢量控制策略应用于MM C 型直流输电系统。

时域仿真结果表明,MM C 每相上、下2个桥臂交流输出端的电位非常接近,验证了所提出的MM C 等效电路理论模型的正确性。

仿真结果也表明所设计的MM C 型直流输电系统的矢量控制策略控制性能良好。

关键词:电压源换流器;电压源换流器型直流输电;模块化多电平换流器;换流电抗;等效电路;矢量控制收稿日期:2010 06 07;修回日期:2010 07 14。

十一五 国家科技支撑计划重大项目(2006BA A02A 21)。

0 引言电压源换流器(VSC)是电压源换流器型高压直流(VSC H VDC)输电系统和静止同步补偿器(STAT COM )的核心部件[1 5]。

最基本的VSC 是两电平和中点钳位型三电平换流器。

这2种拓扑用于高压大功率场合时,需要使用电力电子开关器件的直接串联,对串联器件的开关一致性要求很高[6 8]。

目前,ABB 公司的VSC H VDC 输电系统和STAT COM 工程主要采用这2种拓扑[9 10]。

级联型多电平换流器使用子模块串联,可以减少甚至取消开关器件的直接串联;并且电平数的增加改善了换流器的输出特性。

H 桥级联型换流器(cascaded H bridge converter,CH BC)已被用于STAT COM 工程[4],但是该拓扑不存在公共的直流正、负极母线,不能用于直流输电。

模块化多电平换流器的交直流侧阻抗模型吕敬;蔡旭;张建文【摘要】模块化多电平换流器(MMC)的阻抗建模是分析基于MMC的电力电子系统交、直流侧谐振及稳定性的基础条件.依据MMC的拓扑结构、运行及控制特性,同时考虑环流控制对MMC交、直流侧阻抗的影响,分别推导了MMC直流侧和交流侧的小信号阻抗解析模型.利用MATLAB/Simulink搭建了三相MMC详细时域仿真模型,采用注入小扰动电压/电流的方法测量MMC交、直流侧的小信号阻抗,与推导的MMC交、直流侧阻抗解析模型的计算结果比较,验证了解析模型的正确性.MMC阻抗模型仿真结果表明:在不加环流控制的情况下,MMC交流侧的小信号阻抗在低频范围内存在谐振峰;而加入环流控制后,该谐振峰能够得到有效抑制.%The impedance modeling of MMC(Modular Multilevel Converter) is the.basis for analyzing the resonance and stability at AC and DC sides of MMC-based power-electronics system.While the impact of circulating current control on the AC-and DC-side impedances of MMC is considered,the DC-side and AC-side small-signal impedance analytical models of MMC are respectively derived according to its topological structure,operational features and control characteristics.A time-domain simulation model of three-phase MMC is built with MATLAB/Simulink and the AC-and DC-side small-signal impedances of MMC are calculated based on the derived analytical models,which are compared with the impedances measured by the method of small-disturbance voltage/current injection for verifying the accuracy of the analytical models.The simulative results show that,without circulating current control,the AC-side small-signal impedancehas a resonance peak in low-frequency range;the resonance peak could be effectively restrained by the circulating current control.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】7页(P131-136,143)【关键词】模块化多电平换流器;阻抗;建模;环流控制;谐振【作者】吕敬;蔡旭;张建文【作者单位】上海交通大学风力发电研究中心,上海200240;上海交通大学风力发电研究中心,上海200240;上海交通大学风力发电研究中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM46;TM760 引言一方面，模块化多电平换流器（MMC）因具有模块化程度高、开关损耗低、输出电压畸变小等优势，在高电压大功率场合具有广阔的应用前景［1-2］。