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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。
MMC，全称为模块化多电平换流器（modular-multilevel-converter，MMC），是一种新型的电力电子设备。
它具有模块化的结构，可以灵活地扩展以适应不同的电力需求。
以下是MMC的模块类型和控制原理：
1. 模块类型：
MMC的模块类型主要包括以下几种：
* 半桥模块：这是最基本的模块类型，它由两个IGBT和一个二极管组成。
半桥模块可以单独控制，实现电压的快速调节。
* 全桥模块：全桥模块由四个IGBT和两个二极管组成，可以实现更高的电压输出和更快的开关速度。
* 多电平模块：多电平模块由多个半桥或全桥模块串联而成，可以实现多电平输出，从而减小电压输出波形的畸变。
2. 控制原理：
MMC的控制原理主要基于脉冲宽度调制（PWM）技术。
控制系统根据所需的输出电压和电流来生成相应的PWM波形，然后通过控制每个模块的开关状态来调节输出电压和电流。
MMC的主要控制方式包括：
* 直接电流控制：通过控制每个模块的电流来实现对输出电流的控制。
这种方式具有快速的动态响应和较高的精度。
* 间接电压控制：通过调节MMC的输入电压来间接控制输出电压。
这种方式适用于对电压控制精度要求较高的场合。
* 混合控制：将直接电流控制和间接电压控制相结合，以实现更好
的控制效果。
这种方式可以根据实际需求进行灵活配置。
在实际应用中，MMC可以通过增加或减少模块的数量来实现输出电压的调节。
由于MMC具有模块化的结构，因此其扩展和维护都相对较为方便。
此外，MMC还具有较低的开关损耗和较高的效率，因此在风电、光伏等新能源领域得到了广泛的应用。
多电平变换器拓扑关系及新型拓扑王琛琛;李永东【摘要】多电平变换器在高压大容量电力电子及交流调速系统中已经得到了广泛应用.本文对多电平发展的历程进行了回顾,分析了多电平拓扑结构之间的联系,提出了通用多电平拓扑简化成其他多电平拓扑所要遵循的规律.在此基础上,提出了两种新的拓扑结构,并对其工作原理和控制方法进行了仿真研究.仿真结果验证了所提出的拓扑和控制方法的可行性,也进一步证明所提出的通用多电平拓扑简化规律的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】8页(P92-99)【关键词】多电平变换器;通用多电平;拓扑;内环辅助钳位【作者】王琛琛;李永东【作者单位】北京交通大学电气工程学院,北京100044;清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084;清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言多电平变换器从产生至今已经有近三十年的发展历史，其间产生了大量的拓扑结构。
研究多电平拓扑的目的是为了实现多电平输出，使变换器能够应用于更高电压等级的场合，提高输出电压的谐波性能。
研究各种拓扑的特点，分析并明晰各种拓扑之间的联系和区别，对于进一步研究拓扑具有重要意义。
本文首先对多电平变换器拓扑的发展做了一个回顾和讨论，整理了多电平变换器发展演变的思路，分析了多电平拓扑之间的联系，提出了通用多电平拓扑简化为其他拓扑的规律，在此基础上提出两种新的多电平拓扑结构，并对其工作原理和控制策略进行了仿真研究。
2 基本拓扑2.1 三极单元变换器实现多电平的最简单直接的方法就是构造一个多级直流电压源串联，且每级都有可控的独立输出通路，如图1a 所示。
这样的思想早在文献[1]中就已经被提出来。
但是受当时开关器件发展水平的限制，文章中采用反并联的晶闸管来实现这个开关的功能，晶闸管不能关断的缺点造成了不同等级电压通路之间的换流过程极其复杂，大大增加了控制的难度。
多电平变换器拓扑结构和控制方法研究多电平变换器拓扑结构和控制方法研究摘要：多电平变换器作为一种应用于高压大功率变换场合的新型变换器，其电路拓扑结构和PWM控制方法是当前的一个研究热点。
基于电平箝位方式对多电平变换电路进行了分类，比较了“二极管或电容箝位”和“使用独立直流电源箝位”两类典型多电平电路拓扑结构的优缺点，并将现有的多电平PWM控制方法根据其优缺点进行了比较，指出了其适用范围。
关键词：多电平；脉宽调制；电平箝位；拓扑结构；控制策略1 引言近年来，应用于高压大功率领域的多电平变频器引起了电力电子行业的极大关注。
由于受电力电子器件电压容量的限制，传统的两电平变频器通常采用“高—低—高”方式经变压器降压和升压来获得高压大功率，或采用多个小容量逆变单元经多绕组变压器多重化来实现，这使得系统效率和可靠性下降。
因而，人们希望实现直接的高压逆变技术。
基于电力电子器件直接串联的高压变频器对动静态的均压电路要求较高，并且输出电压高次谐波含量高，需设置输出滤波器。
多电平逆变电路的提出为解决上述问题取得了突破性的进展。
多电平逆变器的一般结构是由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压。
这种逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形的谐波含量减小，开关所承受的电压应力减小，无需均压电路，可避免大的d v/d t所导致的电机绝缘等问题。
1977年德国学者Holtz首次提出了利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器主电路，1980年日本的A.Nabae等人对其进行了发展[1]，提出了二极管箝位式逆变电路。
Bhagwat和Stefanovic在1983年进一步将三电平推广到多电平的结构[2]。
多电平逆变器主要应用在高压大功率电机调速、无功补偿、有源滤波等领域。
本文在电平箝位基础上对多电平逆变电路拓扑结构进行了分类，分析了几种典型多电平电路拓扑的优缺点；对几种多电平电路的PWM控制方法进行了比较分析，讨论了各种方法适用的主电路结构。
