基于切换路径解析的级联多电平空间矢量建模及调制策略研究

Cascaded multilevel technology is widely used in high voltage and high power applications. Space vector modulation (SVM) strategy is a key technology to realize the cascade multilevel converter. However, with the increase of the level of the cascade converter, the complexity of the SVM modulation strategy restricts it being widely used in high-voltage large-power applications. In order to simplify the SVM modulation strategy and improve the performance of the converter, a new SVM modulation strategy will be researched for the high voltage and large power multilevel converter. As follows is idiographic research:.①The effect mechanism of switching states on the steady-state parameters and system performance of the converter will be studied. The constraint functions of switching states will be constructed. The boundary conditions of the constraint functions will be obtained. Switching states of basic vectors will be fast and accurately calculated. .②Analytic expression of switching path model of switching states will be established based on Christorfides algorithm for Hamilton directed graph. The effect mechanism of different switching path model on the transient performance of the converter will be revealed..③Estimate functions of SVM modulation strategy will be constructed. The constraint functions of switching states and the correlation function of switching path model will be optimized. Switched path of switching states will be reconstructed..The research production of this project will help to break the Bottle Neck of SVM modulation strategy being used in high-voltage large-power applications. It will implement an efficient, reliable operation of SVM multilevel converters.

级联多电平变流技术被广泛应用于高压大容量电能变换装置，空间矢量调制（SVM）策略是实现级联多电平变流技术的一项关键技术。然而，随着级联电平数的增加，SVM调制策略实现困难制约了其在高压大容量变流器中的推广应用。针对这一问题，拟从简化SVM调制策略和提高变流器性能两方面着手，研究一种适用于高压大容量多电平变流器的SVM调制策略：①研究开关状态对变流器稳态参数及系统性能的作用机理，构建开关状态约束函数，寻找约束函数边界条件，实现基本矢量对应开关状态快速、准确计算；②运用Hamilton有向图Christorfides算法，建立开关状态切换路径模型解析表达式，揭示不同切换路径对变流器瞬态性能的影响机理；③构建SVM调制策略评估函数，优化开关状态约束函数及切换路径模型关联函数，重构切换路径。本项目的研究成果有助于突破SVM调制策略在高压大容量级联多电平变流器应用的瓶颈，实现变流器的高效、可靠运行。

空间矢量调制策略因为其显著的优点被广泛应用于二电平和三电平变换器，然而，随着电平数的增加，扇区三角形、开关状态和开关序列的戏剧性增加制约了其在高压大容量换流器中的推广应用。本课题针对高压大功率变流器空间矢量调制策略，围绕参考矢量合成、基本矢量作用时间计算、空间矢量对应开关状态计算、开关状态切换路径等核心问题，开展如下研究：.（1）研究基于45°坐标移相空间矢量调制算法，简化了参考矢量的定位及基本矢量作用时间计算，避免了多电平SVM 算法中大量冗余开关状态矢量的计算；.（2）研究45°旋转坐标系上参考矢量和空间矢量的物理意义，利用星形连接变换器的相电压与线电压之间的关系，将相电压参考信号计算出的参考矢量直接作为线电压参考矢量，将合成参考矢量的空间矢量的坐标分量及两个分量的和直接作为控制线电压的开关状态信号，大大简化了SVM 算法，同时又确保了系统输出的共模电压为零；.（3）研究一种基于45°坐标系移相空间矢量调制算法，假设MMC 拓扑上同一级的三个子模块构成一个等效三相子模块，采用两电平移相空间矢量调制算法实现对等效三相子模块进行调制，实现对MMC的空间矢量调制及电容电压均衡控制。.（4）基于多电平变流器SVM 技术是一个多自由度、多目标的控制策略，不同变流器的控制目标不一样，不同的负载对变流器的要求也不一样，为了提高多电平变流器的性能，优化级联多电平变流器SVM 调制策略，输出更符合负载需求的电能参数指标，研究SVM 调制策略的评估方法。.课题组紧密围绕研究内容和关键科学问题，团结合作，勤奋努力，取得了相应的研究成果。培养了一只结构合理的研究团队，基本实现了课题的研究目标。