大功率电力电子技术论文

大功率电力电子技术论文 篇1：

模块化多电平转换器技术的研究

摘要：20世纪80年代以来，大功率电力电子技术发展水平突飞猛进，相对应的其应用的场合也越来越广泛。然而，在某些例如高电压大功率场合，电力电子开关经常面临着开关频率、开关损耗以及波形质量的选择问题。在当前的技术水平之下，多电平结构的电力电子开关无疑是符合上述要求的最好选择。本文在除了对传统多电平变换器展开讨论的同时，还对模块化多电平转换器（Modular Multilevel Converter，MMC）的拓扑结构及其控制策略在Quartus平台上搭建工程并用Multisim进行了仿真，由此进行了深入讨论。

关键词：电力电子开关 模块化 多电平 拓扑结构

引言：近年来，应用于高压大功率领域的多电平变频器引起了电力电子行业的极大关注。由于受电力电子器件电压容量的限制，传统的两电平变频器通常采用“高—低—高”方式经变压器降压和升压来获得高压大功率，或采用多个小容量逆变单元经多绕组变压器多重化来实现，这使得系统效率和可靠性下降。因而，人们希望实现直接的高压逆变技术。基于电力电子器件直接串联的高压变频器对动静态的均压电路要求较高，并且输出电压高次谐波含量高，需设置输出滤波器。多电平逆变电路的提出为解决上述问题取得了突破性的进展[1]。

本文在阐述MMC电路拓扑基础上，分析MMC的主要技术特点，总结目前MMC研究中关键技术问题的国内外研究进展和趋势，并展望其发展和应用前景。

1 MMC的拓扑结构及其优点

模块化多电平换流器（MMC）是一种新型的电压变换电路，它通过将多个子模块级联的方式，可以叠加输出很高的电压，并且还具有输出谐波少、模块化程度高等特点，因而在电力系统中具有广泛的应用前景。下图即为单相模块化多电平转换器拓扑结构图[2]。

自从1980年美国电气电子工程师协会（IEEE）工业应用学会（IAS），来自日本长冈科技大学的南波江章（A.Nabae）等人提出三电平中点箝位式结构以来，这种拓扑结构在实际工业现场获得了广泛的应用。与普通两电平逆变器相比三电平逆变器具有如下的优点：

（1） 在直流母线电压一定的情况下，开关器件的耐压等级减小一半；

（2） 在同等开关频率下，三电平逆变器输出电压的谐波含量降低50%；

（3） 采用相同功率等级的开关器件，输出功率可以提高一倍。

进入八十年代以来，随着电力电子器件的发展，特别是GTO、IGBT等大功率可控器件耐压等级不断提高，以DSP，FPGA为主的控制芯片得到推广与应用，使得多电平换流器的研究迅猛发展，这种发展不仅仅体现在拓扑结构、PWM控制策略和软 关技术等方面，还体现DC-AC变换，AC-DC变换，AC-AC变换以及DC-DC变换的电力工业领域。相比于传统两/三电平换流器，多电平换流器更是具有以下特色鲜明的优点：

（1）直流（交流）电压在各个开关器件中平均分配，各功率器件承受较低的电压值，这样可有效降低 关器件耐压值，适用于高压大功率场合。

（2）在输出电压等级相同的情况下，多电平换流器各开关元件的 关频率低，开关损耗小，效率高。

（3）故障穿越和恢复能力[3]。

（4）连续的桥臂电流。MMC的上桥臂和下桥臂分别承担一半的交流输出电流，降低了功率开关器件的电流容量等级[4]。

2 MMC的技术特点

2.1 MMC的脉冲调制技术

最近电平逼近调制方式可以将调制波进行最近取整产生阶梯波，调制波中所含有的高频次谐波不会对逆变器的输出电压产生影响，因此相比较传统SPWM方式所产生的谐波含量更少，更具应用前景。

2.2 MMC的直流电压控制技术研究

MMC直流电压两级控制策略：系统级直流电压控制和低层子模块电压均衡控制。在低层电压均衡控制中，针对传统低层控制开关频率较高的问题，提出了一种可降低开关频率并简单可行的方法。[5]

2.3 MMC的环流分析及抑制技术

近几年的研究表明，环流问题在一定程度上是无法根本消除的，但是我们可以通过数学上的算法研究，得出环流大小的具体表达式来尽量减小它的影响。

根据文献[6]，可以得出环流等值电路，相应地计算环流大小为：

（1）

（2）

所以，虽然我们没有办法满足让上述电流同时为零，但可以在相当水平上减小它们。

3应用前景

由上述可知，虽然MMC具有诸多技术上的优势，然而，就目前的计数水平而言，MMC的理论分析、脉冲调制和电压控制、环流抑制等关键技术仍然悬而未决，仍然急需学术上的进一步研究以及技术水平上的更大力度的支持。

1）MMC采用功率单元级联的结构形式，随着输出电平数增加，MMC的脉冲调制和控制系统将变得更加复杂，现有的脉冲调制技术尚需完善。

2）作为高压大功率系统的典型应用，MMC在电力系统电能质量问题治理领域具有良好的应用前景，开展MMC在负序平衡、无功补偿、谐波抑制、电压支撑、闪变抑制等特定或者综合治理中的应用研究，有助于完善MMC的理论体系。

3）如今，新能源开发的重要性早已深入人心，实现太阳能发电等可再生能源的并网传输成为重中之重，未来应当不间断地继续开展MMC在HVDC及输配电系统中的关键技术研究，从而为建设坚强智能电网，为我们祖国电力事业地繁荣昌盛努力奋斗。

4.参考文献

[1]多电平变换器拓扑结构和控制方法研究，中国百科网，http：//www.chinabaike.com/z/keji/dz/883958.html；

[2]模块化多电平动态电压恢复器的研究（翟晓萌，赵成勇，李路遥，2011）；

[3]Huang H Multilevel voltage-sourced converters for HVDC and FACTS applications 2009；

[4]Kurt F Modem HVDC PLUS application of VSC in modular multilevel converter topology 2010；

[5]MC直流电压控制策略研究（郝君伟，肖湘宁，于宝来，龙云波，2013）；

[6]模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析（屠卿瑞，徐政，郑翔，管敏渊，2010）.

作者：石城

大功率电力电子技术论文 篇2：

基于LabVIEW的改进d—q变换电压暂降分析

引言

上世纪80年代以来，随着计算机应用技术、自动化控制技术及大功率电力电子技术等高新技术的迅速发展，大量新型用电设备和各种电力电子设备在电力系统中的投入使用，它们对系统干扰非常敏感，比传统用电设备对电能质量的要求苛刻得多，即使短暂的电压扰动都将影响这些设备的正常工作，造成巨大的损失，因此电能质量扰动的检测与分析已成为当前国际研究的重点。

作者：王明同　樊利民　吴彤彤

大功率电力电子技术论文 篇3：

最被看好的清洁技术

政策、市场、技术、管理和资本的结合将继续推动清洁技术在中国的高速发展。

哥本哈根会议带着遗憾落幕，但清洁技术在中国的发展并不会停滞不前。考虑到对于解决能源安全和可持续发展的战略性意义，以及经济结构调整和政府减排承诺的大背景，我们认为中长期清洁技术在中国仍然有系统性投资机会，以下谈谈一些我们重点关注的领域。

1　新能源汽车

政府的补贴、政策导向和法规要求对于清洁技术市场的作用是立竿见影的，从风电行业自2006年开始的迅猛发展可见一斑。最近政府第一次提出对私人购买节能与新能源汽车给予补贴试点，这对于新能源汽车的推广是至关重要的一步。受限于基础设施和技术，纯电动和强混轿车的发展预计相对缓慢，但看好轻混和中混在国内近期的发展。BSG技术尽管节能效果有限，但已为国内厂商所掌握，一旦成为标配，市场空间也会巨大。这将带动核心部件动力电池、超级电容、电池管理系统和电驱动等的市场需求，另外伴随汽车电动化程度的提高也将带动汽车零部件往电动化方向发展。

2　大功率电力电子技术

从发电、输配电、储电到用电各个环节效率的提升。均离不开大功率电力电子。国内厂商尚不足以涉及IGBT等基础功率器件，但对于电力电子设备的设计、制造和应用已有一定基础，虽然高端产品仍为跨国公司所垄断。这类行业由于技术壁垒较高、客户对开发和售后服务要求较高，一旦本土厂商能够实现产品商业化突破国外厂商的垄断。将会有爆发性增长机会。

3　智能电网

受限于电力行业的管制和自身特点，智能电网在中国的发展仍然扑朔迷离。以电网需求管理为例，我们在国外投资的EnerNoc(ENOC，NASDAQ)已取得相当的成功，但在国内此模式却还未发展起来。相对独立于市场规则制度，能够改善服务质量的其他电网领域增长机会却相对清晰，如配电自动化等，这其中很多领域是电力电子、自动化和信息技术的结合。

4　风机的免维护化和风电并网

中国的风电行业起飞于2006年，由于年限过短，之前维护问题并不显著，但目前已逐步显现。由于整机竞争激烈和价格进一步下滑，降低维护成本是明显的趋势，风机部件的选择正逐步往免维护化方向发展，如传统风力变桨系统中备用电源铅酸电池正逐步被超级电容所取代。风电在发电中的渗透率要进一步提高，并网问题仍然是最大的挑战。目前所看到的技术中，我们认为大型储能电池仍然是最好的解决方案。我们于2008年投资的普能，在过去1年比较成功地实现对收购公司加拿大VRB Power的整合，已正式实现产品商业化。

对于未来的展望，我们会从两个维度去把握清洁技术的增长机会。从应用层面，能够应用于再生能源、能源效率、资源效率和减少排放的污染的技术服务和产品均可称为清洁技术；从技术本身而言，清洁技术并不独立，其依托的技术平台仍然是材料、制造、半导体、电力电子、控制与自动化以及信息技术。来自市场应用的推动以及技术进步带来的产品商业化程度提高和成本降低均将催生高成长的机会。

作者：杨 希