《模組化多電平換流器電容電壓波動抑制技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由徐殿國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：模組化多電平換流器電容電壓波動抑制技術研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐殿國
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
模組化多電平換流器由於其極高的效率和優異的性能已成為高壓大功率電力電子變換技術的發展方向，並已在高壓柔性直流輸電領域中得到了廣泛套用。然而如何降低其所需電容器的容量是制約模組化多電平換流器降低成本、增強可靠性、以及推廣其在高壓電機變頻調速、高壓DC/DC變換器中套用的關鍵問題。本項目首次提出基於多頻率環流混合注入技術的電容電壓波動抑制方案，以大幅減少所需電容器的容量。項目主要研究：電容電壓波動的本質與橋臂能量的傳輸機理分析；基於多頻率環流混合注入的電容電壓波動抑制方案及其閉環控制器設計，包括模糊控制器與重複控制器的參數設計；從效率、功率器件可靠性、輸入輸出諧波含量等角度綜合最佳化所提波動抑制方法；電容電壓波動抑制引入的共模電壓(軸電壓)濾除技術；電容電壓平衡與載波移相調製技術；樣機建設與實驗調試。項目旨在為模組化多電平換流器的市場化提供理論依據和實踐參考，具有重要的研究意義和巨大的套用前景。
結題摘要
模組化多電平換流器(MMC)由於其極高的效率和優異的性能已成為高壓大功率電力電子變換技術的發展方向，並已在高壓柔性直流輸電領域中得到了廣泛套用。然而如何降低其所需電容器的容量是制約模組化多電平換流器降低成本、增強可靠性、以及推廣其在高壓電機變頻調速中套用的關鍵問題。本項目主要針對模組化多電平換流器電容電壓波動抑制關鍵科學問題進行研究。 首先分析了電容電壓波動的類型與成因，並推導出電容電壓波動幅值的具體表達式，為後續波動抑制以及電容容量的選取提供了理論依據 針對傳統高頻注入的電容電壓波動抑制方法存在的環流幅值過高問題，提出最佳化的高頻環流注入方法，不再對電容電壓波動進行全抑制，而是將其限制在合理的範圍之內，從而顯著減小注入環流的幅值，降低器件的開關損耗和電流應力，確保MMC全頻率範圍下穩定運行，更具有工程實踐意義。 在拓撲改進方面，提出一種改進型的MMC拓撲結構，相比傳統MMC，該結構展現出固有的波動降低性能，頂層、底層、中間子模組的電容電壓波動得到了顯著的降低，且相同功率等級下可節省三個子模組，尤其適用於中壓電機驅動等子模組數目較少的場合。 提出一種含有直流開關的混合型模組化多電平變頻器，不僅具有較低的電容電壓波動，相比傳統注入方法還避免了額外的橋臂電流應力和共模電壓問題，在高壓變頻領域極具套用前景。在此基礎上，本項目提出一系列的改進方案，在不顯著增加電容容量的情況下實現MMC的恆轉矩全頻率運行，為MMC變頻套用的推廣提供有力支撐。 當變頻器面臨電機停機等制動的場合，為了提高節電效果、減少制動過程的能量損耗，需要將從電機側回饋的能量反饋到電網，實現節能、環保效果。本項目提出了一種背靠背混合型MMC拓撲，該拓撲相比全橋子模組結構的MMC，可減少75%全橋子模組數量，並能實現四象限和低頻運行，拓寬了MMC變頻器的適用性。 建設了基於MMC的電機拖動實驗平台，為技術理論的驗證提供了有力的支撐。
