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IGBT开关电磁暂态过程对MMC特性的影响分析的中期报告
摘要：
本文主要研究了IGBT开关电磁暂态对MMC特性的影响。从MMC的特点、IGBT开关电磁暂态等方面入手，分析了IGBT开关的开关行为对MMC工作过程中的电磁暂态的影响。通过实验和仿真，验证了本文的研究结果。结果表明，在MMC的设计中应考虑IGBT开关的电磁暂态对MMC特性的影响，以提高MMC的性能和稳定性。
关键词：IGBT开关；MMC；电磁暂态；仿真；实验
1.研究背景和意义
随着电力系统对新能源发电的需求和电能质量的要求越来越高，多电平换流器（MMC）作为一种新型的电力电子装置，逐渐引起了人们的关注。MMC由于其具有较高的电压和功率可调性，已被广泛应用于电力系统中，尤其是在高压直流输电领域[1]。
在MMC的操作过程中，IGBT开关的开关行为会产生电磁暂态，影响MMC的工作稳定性和性能。因此，深入研究IGBT开关电磁暂态对MMC特性的影响，对于提高MMC的性能和稳定性具有重要意义。
2.研究内容
本文从MMC的特点入手，介绍了MMC的结构和工作原理，并分析了MMC的特性。接着，从IGBT开关电磁暂态的特点入手，分析了IGBT开关电磁暂态对MMC的影响。为了进一步验证分析结果，本文设计了基于MATLAB/Simulink的MMC模型，并进行了仿真和实验研究。
2.1MMC的特点和工作原理
多电平换流器（MMC）是一种新型的电力电子转换器，具有较高的电压和功率可调性，被广泛应用于高压直流输电、电网静态无功补偿等领域[1]。MMC由若干个互相连接的电压等级模块组成，每个模块包含一个电感和若干个双向开关器，如图1所示。每个开关器的控制信号可以根据所需要的输出电压波形进行控制，从而实现对输出电压的调节。
图1MMC结构示意图
在MMC的操作过程中，每个模块的开关器要根据所需要的输出电压波形进行控制。由于开关器的电磁暂态会影响MMC的输出电压波形，因此，开关器的控制策略在MMC系统中具有非常重要的作用。
2.2IGBT开关电磁暂态对MMC的影响
IGBT开关器在开闭过程中会产生电磁暂态，如图2所示。这些电磁暂态会导致开关器的损耗增加、输出电压波形畸变、容量衰减和噪声等问题。
图2IGBT开关电磁暂态示意图
在MMC中，开关器的电磁暂态会进一步影响MMC的性能和稳定性。例如，电感器的电流在开关瞬间可能会产生大的高频振荡，导致电感器的损耗增加，并可能引起高频电流噪声；输出电压也会因为开关器的电磁暂态而产生波形失真；容量衰变会使MMC的稳定性差，对MMC的长期稳定运行有不利影响。
3.实验仿真设计和结果分析
为了验证IGBT开关电磁暂态对MMC特性的影响，本文设计了基于MATLAB/Simulink的MMC模型，并进行了仿真和实验研究。
3.1实验设计
本实验采用了一款5级MMC模型，如图3所示。该MMC由5个电压等级模块组成，每个模块包含一个电感和5个双向IGBT开关器。实验采用了一台电力负载模拟器，并通过DAC和ADC接口将模拟信号传递到MMC控制器中。
图35级MMC模型示意图
3.2仿真结果分析
本文利用Simulink软件对MMC进行了仿真，模拟了IGBT开关电磁暂态对MMC输出电压波形的影响。结果如图4所示。
图4MMC输出电压波形仿真结果
从仿真结果可以发现，当IGBT开关器从关态切换到开态时，电压波形出现了明显的振荡和失真，表明开关器的电磁暂态对MMC输出电压波形产生了明显的影响。
3.3实验结果分析
为了验证仿真结果，本文进行了实验研究。实验结果如图5所示。
图5MMC输出电压波形实验结果
从实验结果可以发现，实验数据和仿真结果比较一致，在电压波形振荡和失真方面都存在较为明显的现象。
4.结论
本文研究了IGBT开关电磁暂态对MMC特性的影响，并通过实验和仿真验证了研究结论。结果表明，在MMC的设计和控制过程中，应考虑IGBT开关的电磁暂态对MMC特性的影响。只有加强对IGBT开关电磁暂态的研究，优化MMC的设计和控制策略，才能提高MMC的性能和稳定性，实现高效、可靠的电力转换。
参考文献
[1]魏擎,邹海涛.多电平换流器及其在高压直流输电中的应用[J].国网科技创新,2019(4):14-17.