一种模块化多电平换流器的子模块优化均压方法_陆翌

牵引传动系统中的模块化多电平变流器

一、吴业庆毕设——基于CRH2A牵引变流器的改进分析 1、整流部分的改进 CRH2A:三电平脉冲整流电路，SPWM调制和瞬态电流控制 改进：（1）、五电平脉冲整流电路，载波层叠PWM控制方式 （2）、两重三电平脉冲整流电路，SPWM调制 2、逆变部分的改进 CRH2A:三电平二极管箝位逆变电路，SPWM调制

改进：（1）、基于SVPWM的三电平逆变器 （2）、五电平二极管箝位逆变器，载波层叠PWM控制 3、基于上述改进的牵引主电路 （1）五电平脉冲整流器+三电平逆变器 （2）两重三电平脉冲整流器+三电平逆变器 （3）三电平脉冲整流器+三电平逆变器（SVPWM） （4）三电平脉冲整流器+五电平逆变器 网侧电流谐波更小、中间直流电压更加稳定、负载侧电流正弦度更好，改进模型的有效性以及对于CRH2A牵引变流器整体性能上的提升。

二、外文文献——A New AC/AC-Multilevel Converter Family Applied to a Single-phase Converter （5MW变流器，3.3kV-IGBT，12个子模块） 优点：无需笨重的变压器，变换效率提高，静态和动态性能提高。网侧无需LC滤波器或谐振回路，这是因为M2LC自身可以补偿网侧的电压脉动。可实现四象限运行。 M2LC的结构 单相M2LC由四个相同的变流桥臂组成，每个变流桥臂由N个子模块（通常N是4的倍数），子模块通常是H桥单元和直流储能电容并联而成。这里储能电容代替了H桥的独立电源，所有每个子模块可以看成是受控电压源。 M2LC结构对称，这里v0和v1分别对应着v M2LC和v tr。通过对变流器的合适控制，可以使v0和v1相互独立，它们与变流器桥臂电压v ax的关系如下： 第三式描述了v ax的所要求最大电压幅值和输出电压v0和v1最小幅值之间的关系。 每个变流桥臂中最小子模块数目N SM_p_arm可由下式求得，其中v dmin_av表示所有子模块最小电压的平均值。

模块化多电平高压直流输电综述

模块化多电平换流器型高压直流输电综述 0引言： 现代电力电子技术的发展，使直流输电又一次登上历史舞台，与交流输电并驾齐驱。1954年，世界上第一条工业性的高压直流输电系统投入运营，从此，直流输电技术在海底电缆送电、远距离大功率输电、不同频率或相同频率交流系统之间的联结等场合得到了广泛地应用。IGBT、GTO 的出现，促使了VSC-HVDC和MMC-HVDC的产生，成为直流输电技术的一次重大变革。 MMC-HVDC（modular multilevel converter-high voltage DC transmission）是新一代直流输电技术，发展非常迅速。它具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点，尤其适用于中高压大功率系统应用。本文首先介绍MMC的电路拓扑和工作原理，总结MMC的主要技术特点；然后分别回顾MMC在电容电压平衡、环流、控制策略、故障保护等关键问题的最新研究进展，最后指出MMC今后亟待研究的关键问题。相关研究结果表明，MMC在电力系统中有广泛的应用前景,是未来中高压大功率系统,尤其是高压输电技术的重要发展方向。 1正文： 传统两电平电压源型变换器，在电机传动、新能源并网、开关电源等工业生产领域的应用十分广泛。但在高压大功率领域的应用中，为解决功率开关器件的耐压问题，通常通过工频变压器接入高压电网，笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的体积和成本，限制了系统效率。鉴于现有传统多电平变换器在较高应用电压等级、有功功率传输场合等方面存在的不足，德国学者 Marquardt R.及其合作者提出了基于级联结构的模块组合多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)的拓扑。 现将传统直流输电、电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)和MMC-HVDC三种直流输电方式的特点列表如下。

高压多电平双向DC-DC变换器文献综述

高压多电平双向DC-DC变换器文献综述 一、前言 本次文献调研的主题为高压多电平双向DC-DC变换器。下载到的文献中与该主题相关的有10篇，完全符合该主题的文献有参考文献[1][2][3][4]，其它6篇文献则侧重于高压和双向这两个关键词。以下是文献调研的主要内容。 二、主要内容 文献[1] [2]介绍了一种电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器。该变换器由5个独立的模块级联而成，每个模块由三个MOS管和一个箝位电容组成，如下图所示。通过控制每个模块中MOS管的通断可以使每个模块运行在正常工作和旁路状态，选定不同模块的工作状态可以实现不同电平的输出，并且可以使输入输出电压的比值不同。从每个模块的电路结构可以看出，能量可以实现双向流动。从下图1可以看出整个电路中没有像常规的DC-DC变换器那样使用电感作为储能装置，这种无感设计的原则提高了装置的效率和可靠性。 本文中作者的实验装置功率为5kW，电平数为6。当输入电压为250V，负载为1.76Ω时，装置效率达到了95.1%。 图1. 电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器 文献[3]介绍的电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器与上文介绍的拓扑结构一样。文中详细分析了该电路的不同工作状态和等效电路图，该拓扑相比传统的飞跨电容型多电平变换器可以减少开关管的数量和电容耐压等级。 文献[4]介绍的模块化多电平双向DC-DC变换器的拓扑结构类似于测井变频电源的拓扑结构，它的每个模块拓扑为移相全桥电路，整个变换器由模块的输入并联输出串联组合而成，如下图2所示。之所以采用这样的拓扑是与作者研究的方向——波浪能发电有关。 在文中，作者着重叙述了梯形载波的控制方法与三角载波控制方法的不同，提出了梯形载波控制方法能够提高装置的效率。梯形载波控制方法中的开关频率是通过迭代的算法计算得到的。该方法最大的优点是根据实际的功率需求情况，依据装置的效率曲线来决定每个模块是处于并联工作状态还是旁路工作状态。在文中作者通过两模块的实验来证明梯形载波控制方法能够使装置运行在最大效率点处。

模块化多电平换流器型直流输电

模块化多电平换流器型直流输电 【摘要】电网规模不断扩大，清洁能源的开发利用越来越受到关注，智能电网让太阳能、风能等新能源并入电网并能对其介入过程自行控制，对清洁能源的投入并网和补偿机制的研究势在必行。本文结合南汇风电场柔性直流输电工程，简单分析柔性直流输电的控制原理及基础理论。 【关键词】柔性直流控制方式换流阀 1引言 上海南汇柔性直流输电技术示范工程是国内首例柔性直流输电工程，将上海南汇风电场发出的风电能源并入上海电网之内。 柔性直流输电技术通过对两端电压源换流器的有效控制可以实现两个交流有源网络之间有功的相互传送，在有功传送的同时，各端电压源换流器还可以调节各自所吸收或发出的无功，对所联两端交流系统予以无功支持，是一种具有快速调节能力、多控制变量的新型直流输电系统。 2一次系统结构 柔性直流换流站的一次系统结构为35KV交流系统通过开关连接至换流变，将交流侧的电压变换为换流阀输入所需要的电压（31KV）然后进行交/直流变换（直流电压为±30KV），通过直流线路输送至对侧换流站再进行直/交流变换。每个桥臂每相分别安装一个阀电抗器。阀电抗器是VSC与交流系统之间传输功率的纽带，它决定换流阀的功率输送能力、有功功率与无功功率的控制；同时阀电抗器能抑制换流阀输出的电流和电压中的开关频率谐波量，以获得期望的基波电流和基波电压。另外，换流电抗器还能抑制短路电流。 3柔性直流运行模式和控制方式 MMC可以通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，独立地控制输出的有功功率和无功功率。 有功功率的传输主要取决于δ，无功功率的传输主要取决于Uc。因此通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送有功功率的大小，通过控制Uc就可以控制VSC发出或者吸收的无功功率。从系统角度来看，VSC可视为一无转动惯量的电动机或发电机，可以实现有功和无功功率的瞬时独立调节，进行四象限运行。 4柔性直流换流阀原理 模块化多电平换流器阀是由多个IGBT子模块进行级联而成的，单个子模块

模块化多电平换流器环流谐波与电容电压波动的抑制技术

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 目录 摘要 .......................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................ II 第1章绪论 .. (1) 1.1课题研究背景及意义 (1) 1.2模块化多电平换流器的国内外研究现状 (3) 1.2.1 环流控制技术的研究现状 (5) 1.2.2 电容电压波动抑制技术的研究现状 (6) 1.3本文的主要研究内容 (8) 第2章模块化多电平换流器的数学模型及控制策略 (10) 2.1子模块的工作原理 (10) 2.2模块化多电平换流器的数学模型 (11) 2.3模块化多电平换流器的调制策略 (12) 2.4MMC的控制策略 (14) 2.4.1 总体控制 (14) 2.4.2 均衡控制 (15) 2.4本章小结 (16) 第3章基于比例重复控制器的环流谐波抑制方法 (18) 3.1本文提出的环流控制方法 (18) 3.2比例重复控制器的离散化数字设计 (20) 3.3基于比例重复控制器的MMC整体控制结构 (22) 3.4仿真分析 (22) 3.5本章小结 (23) 第4章电容电压波动分析及抑制方法 (25) 4.1电容电压波动的形成机理及波动成分 (25) 4.2基于比例谐振控制器的共模波动抑制方法 (27) 4.3基于高频环流注入的差模波动抑制方法 (28) 4.3.1 正弦波高频环流注入及MMC低频运行控制策略 (28) 4.3.2 优化的高频环流注入法 (30) 4.3.3 针对高频环流注入法的子模块电容参数设计 (32) 4.3.4 梯形波高频环流注入 (33) 4.4仿真分析 (34)

多电平换流器技术

电力电子专题课程 结课作业 题目：多电平换流器技术 姓名：倪晓军 学号：1122201133 班级：研电1206 任课老师：韩民晓

一多电平换流器技术概述 按照输出电压的电平数，换流器可以分为两电平换流器和多电平换流器。两电平换流器的拓扑结构如图1-1所示，图中采用的开关器件是带反并联二极管的IGBT，通过控制可关断器件的导通和关断，在换流器输出端将直流电容电压的正极性(p)与负极性(n)电压分别引出，实现直流电能与交流电能互相转换。两电平换流器的主要优点有：电路结构简单，电容器数量少，占地面积小，所有阀容量相同等优点。但是，在许多应用场合，两电平换流器的阀需要承受的电压很高，所以单个阀需要串联大量开关器件，由此带来串联器件的静态、动态均压问题。两电平换流器还会产生很高的阶跃电压，对交流设备极为有害。为了避免出现上述技术难题，于20世纪80年代，一种新型的换流器新思路——多电平换流器开始出现，并受到了越来越多的关注。所谓多电平换流器是指换流器输出电压波形中的电平数等于或者大于3的换流器，如三电平、五电平、七电平等。所谓电平数，是指换流器输出电压波形中，从正的最大值到负的最大值之间所含的阶梯数。多电平换流器降低了两电平换流器对开关器件开关一致性和均压性的要求，可通过合适的调制方式减少开关器件的开关损耗，同时保持交流侧较低的谐波，降低了换流器的阶跃电压。 n 图1-1两电平换流器主电路 二多电平换流器拓扑 经过多年的发展，按照多电平换流器的结构特点，主要形成了以下几种多电平换流器拓扑：(1)二极管钳位型多电平换流器；(2)飞跨电容型多电平换流器； (3)级联型多电平换流器；(4)模块化多电平换流器（MMC）。

模块化多电平变换器

模块化多电平变换器(MMC)的脉冲宽度调制的实验和控制 摘要：模块化多电平变换器(MMC)是新一代不需要变压器而实现高、中压电力转换的多级转换器中的一种。MMC的每相是基于多个双向斩波单元的串级连接。因此需要对每个浮动的直流电容器进行电压平衡控制。然而，目前还没有文章涉及到通过理论和实验验证来实现电压平衡控制的明确讨论。本文涉及两种类型的脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)来解决他们的电路配置和电压平衡控制。平均控制和平衡控制的结合使脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)在没有任何外部电路的情况下实现电压平衡。脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)的可行性,以及电压平衡控制的有效性,通过仿真和实验已经被证实。 关键词：电压电力转换，多级转换器，电压平衡控制 一、介绍： 大功率的转换器的应用需要线性频率变压器来达到加强电压或电流的额定值的目的（见参考文献【1】——【4】）。2004年投入使用的80MW的静态同步补偿器的转换侧由18个中点箝位(NPC)式转换器组成（文献【4】），每个系列的交流双方串联相应的变压器。线性变压器的使用不仅使转换器笨重,而且也导致当单线接地故障发生时出现直流磁通偏差（文献【5】）。 最近，许多关于电力系统和电力电子的多级转换的科学家和工程师，参与到多电平变换器为了实现无需变压器而实现中压电力转】换（文献【6】-【8】）。两种典型的方法有： （1）多级多电平转换(DCMC) （文献【6】, 【7】）; （2）飞跨电容型多电平变换器(FCMC)（文献【8】）。 三电平多级多电平转换器（DCMC）或者NPC转换器已经被投入实际使用，如果在DCMC中电平的数量超过三个，容易导致串联的直流电容内在电压的不平衡，因此两个直流电容需要一个外部电路（例如buck—boost斩波电路）（文献【11】），此外，一个箝位二极管耐压值的增长是非常有意义的，而且这种增长需要每相串联多个模块，这就造成一些困难。因此合理的电平数量应该根据实际需要考虑但至多不能超过五个。至于FCMC,四级的脉冲宽度调制（PWM）换流器目前已经被一个制造中压驱动器的企业大量生产。然而，较低的载波频率（低于1KHz）的

级联H桥整流器的控制策略研究

目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题研究背景及意义 (1) 1.2 多电平变换器的发展概况 (2) 1.3 级联H桥整流器的研究现状与关键技术 (4) 1.3.1 级联H桥整流器的研究现状 (4) 1.3.2 级联H桥整流器的控制策略 (5) 1.3.3 级联H桥整流器的调制技术 (6) 1.4 本文的主要内容 (9) 第2章级联H桥整流器的工作原理及数学建模 (10) 2.1 级联H桥整流器的工作原理 (10) 2.1.1 级联H桥整流器的拓扑结构 (10) 2.1.2 级联H桥整流器的工作模态分析 (10) 2.2 级联H桥整流器的数学模型 (13) 2.2.1静止坐标系下数学模型 (13) 2.2.2 dq旋转坐标系下数学模型 (15) 2.3 本章小结 (17) 第3章级联H桥整流器控制策略研究 (18) 3.1 载波移相PWM调制技术 (18) 3.2 电压电流双闭环解耦控制策略 (20) 3.3 双闭环控制器设计 (22) 3.3.1 电流环控制器设计 (22) 3.3.2 电压环控制器设计 (23) 3.4 基于预测功率模型的均压控制策略 (26) 3.4.1 直流侧电压平衡原理分析 (26) 3.4.2 SOGI构造虚拟正交分量 (27) 3.4.3 预测直接功率控制 (28) 3.4.4 减小耦合效应的电压平衡控制器设计 (31) 3.5 仿真验证 (34) 3.5.1 载波移相PWM调制仿真 (34) 3.5.2 电压电流双闭环控制仿真 (35) 3.5.2 基于预测功率模型的均压控制仿真 (36)

3.6 本章小结 (39) 第4章级联H桥整流器的设计 (40) 4.1硬件电路设计 (40) 4.1.1 功率器件的选取 (41) 4.1.2 交流侧输入电感计算 (42) 4.1.3 直流侧输出电容设计 (44) 4.1.4 采样调理电路设计 (45) 4.2 软件控制系统设计 (46) 4.2.1 系统主程序 (46) 4.2.2 中断服务子程序 (47) 4.2.3 数字PI控制器的设计 (48) 4.2.4 载波移相PWM脉冲的生成 (49) 4.3 实验结果分析 (51) 4.4 本章小结 (53) 第5章总结与展望 (54) 5.1 总结 (54) 5.2 展望 (54) 参考文献 (56) 致谢 (60) 附录：攻读学位期间所获得的研究成果 (61)

一种改进的级联H桥整流器直流电压平衡策略

2017年2月电工技术学报Vol.32 No. 4 第32卷第4期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2017 一种改进的级联H桥整流器 直流电压平衡策略 李响郭希铮游小杰王剑龚泽宇黄佳佳 （北京交通大学电气工程学院北京 100044） 摘要直流电压平衡策略是级联整流器控制中一个重要的组成部分。比例式脉冲补偿平衡策略是一种典型的电压平衡策略，它可以较好地实现特定工况下的直流电压平衡，但是其平衡效果会受到负载电流大小影响，在不同负载工况下难以自适应。基于这种比例式脉冲补偿平衡策略，通过对电路模型进行分析，提出一种改进电压平衡策略，将负载电流引入调节范围，使整流器在不同负载工况下都能很好地实现直流电压平衡。仿真和实验验证了改进电压平衡策略的有效性。 关键词：级联H桥整流器电压平衡自适应建模分析 中图分类号：TM461 An Advanced DC Voltage Balance Strategy for Cascaded H-Bridge Rectifier Li Xiang Guo Xizheng You Xiaojie Wang Jian Gong Zeyu Huang Jiajia （School of Electrical Engineering Beijing Jiaotong University Beijing 100044 China） Abstract DC voltage balance control strategy is one of important parts in cascaded H-bridge rectifier control. Due to the good performance under certain conditions, proportional pulse compensation strategy for voltage balancing is a typical strategy. However, its balancing effect will be influenced by load current of the rectifier, which is difficult to realize self-adaptation for various load conditions. Therefore, an advanced voltage balance method based on the proportional pulse compensation strategy is proposed in this paper. The load current is introduced into the regulator to obtain good performance under different load conditions. Simulation and experimental results verify the proposed improved strategy. Keywords：Cascaded H-bridge rectifier, voltage balance, self-adaptive, modeling analysis 0引言 近年来，电力电子装置在高电压大功率领域的应用不断增加。由于受到器件耐压等级的限制，多电平拓扑结构及相关控制理论等方面的研究受到广泛关注[1-4]。其中，级联H桥（Cascaded H-Bridge，CHB）结构相比于其他多电平结构，具有控制简单、模块化设计、易于实现高电压输出、可靠性高、工业应用成熟等优点[5]。这种CHB结构现已被广泛应用于高电压大功率电机传动[6,7]、电力电子变压器[8]、有源滤波[9,10]和无功补偿[11]等场合。 作为CHB结构的一种典型应用，级联H桥整流器（Cascaded H-Bridge Rectifier，CHBR）同样具备该拓扑的诸多优点。CHBR拓扑的特点决定了其各级功率单元只能流过相同大小的电流。换言之，对于CHBR结构，只能依靠同一个电流来调节多个功率单元的直流电压，实现起来比较困难，甚至在负载相差过大时可能会造成系统运行不稳定[12]。控制各级功率单元的直流电压平衡是保障整套CHBR 系统安全可靠运行的前提，是低耐压功率器件应用于高电压场合的基础。因此，针对CHBR不平衡机理及相应电压平衡控制策略的研究至关重要。 收稿日期 2016-01-07 改稿日期 2016-04-18 万方数据

储能型模块化多电平变换器控制方法研究

山东大学博士学位论文 目录 摘要………………………………………………………………………………………………………………ＩＡＢＳＴＲＡＣＴ…………………………………………………………………………………………………．．ＩＶ第一章绪论………………………………………………………………………．．１１．１课题研究背景及意义……………………………………：…………………１１．２储能型多电平变换器………………………………………………………９１．３本文的主要工作…………………………………………………………一１１第二章ＭＭＣ．ＢＥＳＳ系统的工作原理及控制策略………………………………１３２．１引言…………………………………………………………………………１３２．２ＭＭＣ变换器工作原理……………………………………………………１３２．３ＭＭＣ变换器控制策略……………………………………………………１５２．３．１交流输出功率控制…………………………………………………ｌ６ ２．３．２ＳＭ电容电压均衡控制……………………………………………ｌ７ ２．３．３环流控制…………………………………………………………．．１９２．４ＭＭＣ．ＢＥＳＳ系统工作原理及控制策略…………………………………．２０２．４．１ＭＭＣ．ＢＥＳＳ系统工作原理………………………………………２０ ２．４．２ＭＭＣ．ＢＥＳＳ系统ＳＯＣ均衡控制………………………………一２３ ２．４．３ＭＭＣ－ＢＥＳＳ系统环流控制及并网直流分量抑制………………．２５ ２．４．４ＭＭＣ．ＢＥＳＳ系统整体控制策略…………………………………２６２．５仿真验证…………………＿………………………………………………２７２．６实验验证……………………ｊ……………………………………………．２９２．７本章小结…………………………………………………………………．．３１第三章ＭＭＣ—ＢＥＳＳ系统混合模型预测控制策略………………………………３３

【CN109980968B】一种模块化多电平变换器、控制系统及其应用【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201910214474.9 (22)申请日 2019.03.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 109980968 A (43)申请公布日 2019.07.05 (73)专利权人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 高峰　秦福田　蒿天衢　张承慧　 吴强　张祯滨　郝全睿　王晓龙　 许涛　马展　孟祥剑　 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 李圣梅 (51)Int.Cl.H02M 7/483(2007.01)H02M 7/5387(2007.01)H02J 3/38(2006.01)审查员 谢冬莹 (54)发明名称一种模块化多电平变换器、控制系统及其应用(57)摘要本公开提出了一种模块化多电平变换器、控制系统及其应用，模块化多电平变换器为单相混合三桥臂模块化多电平变换器，其拓扑结构由上、中、下三个桥臂组成，上、下桥臂由N个相同的半桥型子模块和一个桥臂电感级联组成，中间桥臂由K个相同的单向电流全桥型子模块级联组成；所述模块化多电平变换器为三相混合九桥臂模块化多电平变换器，由三个所述的单相混合三桥臂模块化多电平变换器组成；本公开技术方案公开的新型混合九桥臂模块化多电平变换器与现有的相比在获得相同输出电压的条件下，所需要的半导体器件数量进一步减少，使得系统的体积和成本大大降低，同时可以消除标准九桥臂模块化多电平变换器运行范围限制，使得直流侧电 压利用率提高50％。权利要求书2页 说明书5页 附图6页CN 109980968 B 2020.01.14 C N 109980968 B