模块组合多电平变换器（MMC）的控制策略研究

随着电力电子技术的不断发展,各种大功率开关器件的应用日益广泛。在高压大功率领域,大功率开关器件的功率处理能力和开关频率之间往往存在着矛盾。在功率开关器件没有本质突破的前提下,多电平变换器无疑是解决高压大功率变换的最好选择。本文在分析传统多电平变换器拓扑的基础上,重点对模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)的拓扑及其控制策略进行了深入的研究。 本文首先概述了多电平变换器的主电路拓扑结构,通过对应用较广泛的几种适合多电平拓扑的调制技术如载波相移正弦脉宽调制技术、阶梯波脉宽调制技术、多载波PWM技术和空间适量调制技术等的对比分析,提出载波移相正弦脉宽调制技术更适合于本文所采用的模块组合多电平变换器拓扑。 本文详细分析了MMC的拓扑结构和工作原理,建立了MMC的等效数学模型,以该模型为基础,提出了载波移相技术在MMC中的实现方法。本文还研究了直流电容电压的控制策略以及实现直流电容电压预充电的方法。 在理论分析和软件仿真基础上,参与设计构建了一台三电平单相半桥MMC实验样机,进行了控制系统硬件和软件设计。基于本文设计的实验样机,通过实验进一步验证了本文提出的控制策略的有效性。输出电压的频谱分析证明了载波移相技术可以通过低次谐波互相抵消来实现较高的等效开关频率,研究结果同时表明MMC具有模块化、等效开关频率高、主开关器件电流容量小等优点,采用载波移相技术的MMC适合于高压大功率领域应用。