MMC动态冗余运行下桥臂不对称特性分析及环流抑制策略研究

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随着社会用电量的增加和环境保护意识的增强，城市电网扩容和可再生能源并网等方面得到广泛关注，并对传统输配电方式提出了新的挑战，柔性直流输电技术由于其控制的灵活性可有效解决以上问题。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)因具有高度模块化结构，功率等级的易扩展性、低成本的冗余配置、高可靠性和优良的输出波形质量等优点而被广泛应用于电压源型高压直流输电领域，同时在电能质量管理、有源滤波、中等电压等级的电力传动等方面都有着良好的应用前景。
　　由于MMC桥臂上串联有大量的子模块，一旦子模块发生故障，将会影响系统的正常稳定运行，故有必要在每个桥臂上配置一定数量的冗余子模块。为避免冷(热)备用子模块投入工作所需的较长暂态时间，同时提高子模块的利用率，本文采用的冗余保护方案为切除故障子模块后MMC动态冗余不对称运行。
　　本文首先分析了三相MMC动态冗余运行的拓扑结构和基本工作原理，分别给出了三相MMC的等效电路模型和单相交直流侧等效电路，介绍了载波移相PWM调制和最近电平逼近调制在MMC动态冗余容错运行下的实现方法，为下文分析奠定了理论基础。
　　随后通过建立MMC动态冗余容错运行下的平均开关函数模型，分析了切除故障子模块对系统的影响，推导了桥臂环流成分的变化，说明了切除故障子模块后，即使MMC动态冗余运行下各桥臂投入导通的最大子模块个数一直保持在额定值，系统仍表现为类似上下桥臂参数不相等的不对称运行工况。结果表明：故障子模块切除后子模块等效开关频率的变化导致上下桥臂等效阻抗不相等，交流侧电流在故障相上下桥臂不对称分布，从而产生了基频及奇数次谐波环流，原有的二倍频及偶数次谐波环流也不再对称，从而共同流向直流侧，导致直流电流主要以基频和二倍频波动为主。针对故障子模块切除后环流成分的变化，分别给出了基于环流状态方程的桥臂能量平衡控制和基于桥臂不对称运行下环流稳态等效模型的谐振控制两种环流抑制方案。
　　最后介绍了一种冗余子模块的配置方法，并通过 MATLAB\Simulink仿真和单相16个子模块的MMC实验平台验证了以上理论分析的正确性和环流抑制的有效性。

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作者
张辉;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名林磊;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类变流器;
关键词
模块化多电平换流器; 动态冗余; 桥臂不对称; 基频环流; 抑制策略;

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