模块化多电平换流器冗余控制策略研究

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1、学校代号10532学号S12093016分类号TM46密级公开硕士学位论文模块化多电平换流器冗余控制策略研究学位申请人姓名罗婉韵培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称黄守道教授学科专业电气工程研究方向电力电子与风力发电技术论文提交日期2015年4月30日学校代号：10532学号：S12093016密级：公开湖南大学硕士学位论文模块化多电平换流器冗余控制策略研究学位申请人姓名：罗婉韵导师姓名及职称：黄守道教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电气工程论文提交日期：2015年4月30日论文答辩日期

2、：2015年5月17日答辩委员会主席：王辉教授ResearchonRedundancyControlStrategiesofModularMultilevelConverterbyLUOWanyunB.E.(ChangshaUniversityofScienceandTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectricalEngi

3、neeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUANGShoudaoApril，2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究。除了文中特别加标注引巧的内容外成果，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：

4、兴咬年ｒ月＾７日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被査间巧借阅。本人授权湖南大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可ｙ？采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密囚。（请在Ｗ上相应方框内打＾作者签名：日期；年月日导师签名：日期：年ｒ月＞日７Ｉ模块

5、化多电平换流器冗余控制策略研究摘要自基于电压源型换流器（Voltagesourceconverter，VSC）的高压直流输电技术（Highvoltagedirectcurrent，HVDC）出现以来，直流输电的换流元件在不断地革新。早期的HVDC都是采用两电平或三电平换流器技术，由大量IGBT直接串联成阀，虽然电路结构简单，但技术难度很大，并且损耗较高。模块化多电平换流器（Modularmultilevelconverter，MMC）是一种新型的电压源型换流器，有着高度模块化的结构，易于扩展系统和实

6、现冗余控制，开关频率低，输出电压波形良好，近年来被广泛应用于柔性直流输电中（VSC-HVDC）。本文首先介绍了VSC-HVDC的发展背景以及最新工程应用，介绍了几种典型的多电平换流器及其优缺点，分析了模块化多电平换流器的研究现状，详细分析了柔性直流输电的优点和采用MMC的柔性直流输电（MMC-HVDC）的结构特点。本文结合MMC的拓扑结构和数学模型分析了其工作原理，针对MMC的应用特点，研究了MMC的矢量控制方法，并且研究了MMC常用的几种调制策略，重点分析了本文所应用的载波移相脉宽调制（Carri

7、erphaseshiftedpulsewidthmodulation，CPS-PWM）策略。MMC直流侧的电压主要由子模块（Sub-module，SM）电容电压支撑，子模块的投切状态决定MMC的工作状态，为了防止故障子模块影响系统正常运行，必须设定冗余子模块，对冗余子模进行一系列研究可使冗余系统发挥最大效益。本文研究了模块化多电平换流器的冗余结构，分析了MMC冗余结构的数学模型，在此基础上，研究了冗余子模块数目的配置方法，以及子模块常见的几种故障情况以及保护开关，并介绍了MMC的常用的几种冗余保护方

8、案，提出了新的MMC动态冗余方案。结合MMC的动态冗余情况，提出了MMC冗余运行时的优化调制方法。为抑制桥臂环流和子模块电容电压波动，应用了环流抑制策略以及优化的电容电压均衡控制策略。最后，为了验证以上控制策略和冗余方案的正确性，在Matlab/simulink仿真软件中构建仿真模型，仿真结果表明，环流抑制策略和电容电压均衡策略均有效，提升了MMC的性能，提出的动态冗余控制策略可以保证冗余MMC系统正常工作并保持子模块电容电压稳定，系统整流侧可输出良好的直流电压，发生