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新型单桥臂电感模块

2014-11-13 10:14:45      点击:
LLC谐振变换器电感电流初值估算

2001年,德国学者在文献[1]中提出了一种新型多电平变流器——模块化多电平变流器(ModularMultilevelConverter,MMC),在文献【2]中详述了其拓扑结构,并给出了一种控制方法。近年来MMC拓扑以其不需要体积庞大的输入变压器、直接模块化级联、输出多电平且能够组成back.to.back四象限结构等诸多优点,得到了广大专家学者的热捧,被称作是下一代的多电平变流器,得到了广泛的重视和研究[。引。尤其是2008年以来,各国专家学者发表了大量关于MMC的学术论文¨。文献[9,10]详细研究了MMC拓扑结构特点,建立了变流器的数学模型。文献[11.13]研究了MMC变流器的调制方法,文献[11]提出了一种统一电压计算结合模块电压排序的调制方法,文献【12,13】提出了一种载波移相结合模块电压均压控制的调制方法。文献[14]建立了MMC变流器单相等效模型,提出了桥臂电流解耦控制方法。文献[15】分析了MMC变流器桥臂环流特点,并提出了一种桥臂环流抑制方法。文献[16.18]分别结合不同的应用领域提出了变流器对应的控制方法。

然而MMC变流器需采用大量的开关器件、模块电容、桥臂电感,成本较高。尤其是在开关器件死区时间内,加在变流器桥臂电感上的电压很大,对变流器桥臂电感的额定工作电压及其绝缘水平提出了很高的要求,从而提高了硬件成本。

针对这一问题本文提出了一种单桥臂电感拓扑的新型MMC变流器,与常规MMC变流器相比,每相节省了一个桥臂电感。然而节省桥臂电感必然会导致上、下桥臂不对称,如果仍采用常规的控制方法,上、下桥臂各物理量无法实现对称运行,从而选择上、下桥臂构成元件时也无法实现统一。本文针对这种上、下桥臂不对称的拓扑结构提出了一种新的控制方法:以省去下桥臂电感为例,在下桥臂级联模块的给定电压中加入与上桥臂电感电压对称的虚拟桥臂电感电压,实现变流器上、下桥臂对称运行。并结合文献[15]中所提到的桥臂环流抑制方法,给出了完整的变流器控制框图。最后,本文通过实验证明了所提出算法有效性。