模块化多电平变流器的应用

模块化多电平变流器的应用

0duliconperter结构设计模块多媒体变流器（mmc）是基于半桥连接的变流器结构。本文针对MMC在可再生能源并网方面的应用,研究阶梯波和多重PWM混合调制策略。1拉格朗日乘数算法由阶梯触发角和各次输出波形组成的方程组可表示为:式中θ阶梯波谐波含量用函数f(θ2不同m的m输出波形特性再分析调制结果的谐波含量,在上述范围内选取了4个不同的M,对其输出波形进行傅立叶分析,结果如表1所示。从表1看出,调制比过大时,谐波含量也较大,合理范围为0.75-0.85之间。3现代网络的动态调力由分析可知上述方法的调制范围较小,为扩大调制范围,首先须实时改变电平数量,但电平数过少时,就只有采用PWM调制变流器交流电压和直流电压的关系为:式中μ是直流电压利用率;U图中μ4并网模拟系统仿真目前MMC在可再生能源的传输和并网领域应用广泛,因此电网对MMC的性能也提出了严格要求。为了最大限度的发挥并网变流器的作用,要求变流器在有功功率很低时,能够输出较大的无功功率。另外,瞬间接地也是大电网常见故障,要求并网变流器不会出现脱网的情况。下面对采用混合调制策略的MMC在这些工况下的表现进行仿真验证。仿真的对象是一个小型风场通过MMC-HVDC(highvoltagedirectcurrent)传输并网的系统,风场以及发送端用电流源和并联电容代替,并网端为7电平的MMC,仿真系统结构框图用图4表示。仿真参数为,风场额定功率为18MW,直流传输电压为±30kV,并网变压器为Δ/Y接法,阀侧额定电压为37kV,网侧额定电压为120kV。仿真1:设风场的传输功率为0.5pu,并网端的对电网的无功功率输出为-0.5pu,在3s时,MMC控制的无功指令跳变到1.0pu,图5给出了跳变前后的无功功率、a相上桥臂电压、电网电流的波形,从图中看出随着无功功率变化,a相上桥臂电压从7电平变化为6电平,证明阶梯波调制模式的切换很好的扩大了调制比的范围,PCC点电流波形也说明两种调制模式都能保证良好的电能质量。仿真2:设风场的传输功率为1.0pu,并网端的无功功率输出为-0.5pu,在3s时,PCC点发生0.12s接地,图6给出了接地前后的电网电压、调制比、a相上桥臂电压、电网电流的波形,从图看出电网电压跌落后,调制比的指令也迅速跌落,桥臂电压变化成脉冲波形式,MMC输出电流幅值也保持了基本稳定,证明MMC在进行低电压穿越时有效的实现了低电压输出,保护了功率器件安全。5u3000阶梯波调制策略有效性测试本文以应用于可再生能源并网的MMC为例,分析并验证了阶梯波和PWM混合调制的控制方法,并得到以下结论:(1)基于拉格朗日乘子法的阶梯波调制法很好的解决了电平数较多时计算负担过重的问题,但其具有调制范围较窄的缺陷;(2)通过对不同电平数的阶梯波调制进行切换,可以解决调制范围小的问题,但在切换时要考虑到直流电压利用率的差别;(3)MMC并网端在电网接地故障时必须要采用PWM调制,才能实现低电压输出以保障设备安全。根据式(1)建立f(θ由式(2)、(3)可得拉格朗日函数对函数求导可得到下式:左边又可表示为:设输出电压V根据阶梯波形的特点,V由于式(7)和式(8)等价,可以将式(6)转换为:另外式(5)的右边可表示为:根据式(9)、(10)可以将式(5)转换为:设定一个系数ρ,表示为:由式(11)ρ又可表示为:只要获得ρ就可以得到第k个电平的触发角θ它的微分方程为:这样ρ的第k次迭代值可以用式(16)表示:通过仿真验证,ρ在很少的迭代次数内就可以得到最优解确定阶梯波调制策略后,还需要了解调制的有效范围,包括不同阶梯电平数和调制比M以及谐波含量的对应关系M取0.65~1.05,阶梯电平数n分别选7和6,触发角和调制比的对应波形