17级模块化多电平变流器（MMC）研究（Simulink仿真实现）

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📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

一、引言

二、MMC基本原理与结构

三、17级MMC关键技术

四、17级MMC性能评估与优化

五、17级MMC应用场景与优势

六、未来研究方向与挑战

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Simulink仿真实现

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💥1 概述

17级模块化多电平变流器（MMC）是一种高压直流输电（HVDC）系统中常用的电力电子装置。它由多个电容和开关组成，能够将直流电能转换为多个不同电平的交流电能，从而实现高效、可靠的电能传输。

17级模块化多电平变流器（MMC）是一种高压直流输电（HVDC）技术，用于将电力从交流电网输送到远距离的地点。它由多个模块组成，每个模块都有自己的电压源和开关装置。

MMC利用电容器和开关器件来产生多个电平的电压波形，以尽可能减小脉动和谐波，并提高电力传输的效率和稳定性。每个模块可以独立地控制其输出电压，以适应不同的负载和网路条件。由于其模块化的结构，MMC具有较高的可靠性和容错能力，同时也方便安装和维护。

一、引言

模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种先进的电力电子装置，在高压直流输电（HVDC）、电能质量治理、轨道交通、储能和新能源并网等领域获得了广泛推广应用。17级MMC作为其中的一种具体实现，具有高调制精度、高可靠性、高电压控制能力和低损耗等优点，对于长距离电力传输和电力系统的稳定性具有重要的意义。

二、MMC基本原理与结构

1. 模块化设计：
   • MMC由多个子模块（SM）串联组成，每个子模块包含一个全控型开关（如IGBT）和一个储能电容。
   • 通过级联方式，MMC避免了器件耐压对变流器电压等级的限制，适用于高电压大功率应用场合。
2. 多电平输出：
   • MMC利用电容器和开关器件来产生多个电平的电压波形，以尽可能减小脉动和谐波，提高电力传输的效率和稳定性。
   • 17级MMC意味着其输出电压波形包含17个不同的电平，接近正弦波，减少了电力传输中的谐波和因此引起的损耗。
3. 高可靠性：
   • MMC的模块化设计使其具有更高的容错能力。即使一个模块出现故障，其他模块依然可以正常工作，保证了系统的稳定运行。

三、17级MMC关键技术

1. 载波移相调制（CPS-PWM）：
   • 载波移相调制是MMC的标配技能之一。通过错开各个载波的相位，生成PWM脉冲，最终叠加出多电平波形。
   • 对于17级MMC，若使用16个子模块生成17电平的输出，每个载波的相位需错开360/16度。
2. 双闭环控制：
   • 双闭环控制是MMC主要的控制策略之一，包括外环电压/功率控制和内环电流控制。
   • 外环控制负责调节系统的输出电压或功率，内环控制则负责跟踪电流指令，实现精确控制。
3. 子模块电容电压均衡控制：
   • 子模块电容电压均衡控制是MMC运行中的关键问题之一。通过合理的控制策略，可以确保各个子模块的电容电压保持均衡，避免过压或欠压现象。
   • 常用的均衡控制策略包括基于排序法的均衡控制、基于载波移相的均衡控制等。
4. 环流抑制：
   • 环流是MMC运行中的一个重要问题，它会影响系统的稳定性和效率。
   • 通过优化电路结构、采用合适的控制策略（如载波移相技术、重复控制、自抗扰控制等），可以有效抑制环流，提高系统稳定性。

四、17级MMC性能评估与优化

1. 性能评估指标：
   • 效率：评估MMC在不同运行工况下的能量转换效率。
   • 功率因数：评估MMC的功率因数，反映其有功功率和无功功率的分配情况。
   • 谐波失真：评估MMC输出电压和电流的谐波含量，反映其电能质量。
   • 动态响应能力：评估MMC在负载突变等动态过程中的响应速度和稳定性。
2. 优化策略：
   • 参数优化：通过优化MMC的电路参数（如子模块电容值、桥臂电感值等），提高其性能。
   • 控制策略优化：通过改进控制算法（如采用更先进的均衡控制策略、环流抑制策略等），提高MMC的稳定性和效率。
   • 热设计优化：针对MMC的损耗分布，优化散热片设计，降低器件温度，提高系统可靠性。

五、17级MMC应用场景与优势

1. 高压直流输电（HVDC）：
   • 17级MMC适用于长距离、大容量的高压直流输电系统，能够提高电力传输的效率和稳定性。
   • 其模块化设计便于安装和维护，降低了系统成本。
2. 电能质量治理：
   • MMC可用于有源电力滤波器（APF）中，通过快速切换子模块状态来补偿谐波，提高电能质量。
   • 在静止无功发生器（STATCOM）中，MMC可专注无功功率调节，提高电力系统的稳定性。
3. 新能源并网：
   • MMC适用于风电、光伏等新能源并网系统，能够实现高效的电能转换和传输。
   • 其高调制精度和低谐波失真特性有助于提高新能源并网系统的电能质量。
4. 轨道交通：
   • MMC可用于轨道交通的牵引供电系统中，提供稳定的直流电源。
   • 其模块化设计便于扩展和维护，适应轨道交通系统的需求。

六、未来研究方向与挑战

1. 研究方向：
   • 高效控制算法：探索更高效、更稳定的控制算法，提高MMC的性能和效率。
   • 新型拓扑结构：研究新型MMC拓扑结构，进一步提高其电压等级和功率容量。
   • 智能化与自适应控制：结合人工智能和机器学习技术，实现MMC的智能化和自适应控制。
2. 面临挑战：
   • 损耗与效率：尽管MMC具有较高的效率，但在高功率等级下，其损耗仍然不可忽视。如何进一步降低损耗、提高效率是未来的研究重点。
   • 电磁干扰（EMI）：MMC的高频开关动作会产生电磁干扰，影响周围设备的正常运行。如何有效抑制EMI是未来的研究挑战之一。
   • 成本与可靠性：在保证性能的前提下，如何降低MMC的制造成本、提高其可靠性是未来的重要研究方向。

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。

[1]董文杰,张兴,刘芳,等.模块化多电平变流器均压策略研究[J].电力电子技术, 2012, 46(2):3.DOI:10.3969/j.issn.1000-100X.2012.02.025.

[2]申斐斐.模块化多电平变流器控制系统的研究[D].浙江大学,2012.

[3]姜廷阳.模块化多电平变流器的研究[D].冶金自动化研究设计院,2011.

🌈4 Simulink仿真实现