基于MMC的电力电子配电变压器仿真研究

21世纪以来,能源短缺、环境污染和气候变化等问题日益显著,严重威胁着人类生存和可持续发展。以电为中心、清洁化为特征的全球性能源结构调整成为世界主要国家的共同选择。逐渐增长的清洁能源接纳需求促进了坚强智能电网的发展,也对电力系统的安全稳定及其自动化水平提出了更高的要求。作为电力系统中最重要的装置之一,电力变压器需要不断发展以应对现代电力系统即将面对的诸多挑战。现代电力电子技术的发展,推动了传统电力变压器向电力电子变压器发展转变的进程。集电气隔离、电压变换和电能质量调节等功能于一体的电力电子变压器有望在智能电网中发挥优势。本文以基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的配电电力电子变压器为研究对象,主要从MMC的工作原理、MMC型配电电力电子变压器的控制方法及其在交直流混合配电网中的应用仿真等方面展开研究,具体内容如下：(1)对MMC的工作原理展开了研究。立足于MMC的拓扑结构及其基本工作原理,建立了MMC的简化等效电路及其开关函数模型；对多种多载波SPWM技术在MMC中的应用情况进行了仿真比较,择优选取了更适合本文应用场合的调制技术；分析了MMC的内部运行特性,进一步阐释了直流电容电压的波动规律和系统内部环流的产生机理等。(2)对MMC型配电电力电子变压器的控制方法展开了研究。针对本文研究主体的交直流混合配电网应用场合,设计了具有高低压交直流多端口的MMC型电力电子变压器拓扑；在常用分级独立控制方法的基础上,立足本文拓扑特点,提出了一种两级综合控制方法,并对两种控制方法进行了仿真验证和比较分析,选取最优方案。(3)对MMC型电力电子变压器在交直流混合配电网中的应用进行整体设计和仿真研究。根据系统的主要性能指标对MMC型配电电力电子变压器的主电路进行了参数设计；在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中,对所设计的MMC型配电电力电子变压器进行了整体仿真,验证了各端口输出性能,并提出了多种工作模式以适应交直流配电网场合的应用。综上所述,本文以MMC型电力电子变压器为主要研究对象,立足于交直流混合配电网应用场合,从电路结构、控制方法、电路参数及工作模式等方面对基于MMC的电力电子配电变压器进行整体设计和仿真验证,为今后实际工程应用打下坚实基础。