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海上风电场低频输电(low frequency alternating current,LFAC)由于减小了输电频率,可以成倍地提高输电线路的输电能力,与直流输电相比,不需要建立海上换流站,极大节约投资和运维成本。模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)集成度高、输出电能质量较好、开关频率低,应用于大容量海上风电场长距离低频输电领域极具优势。然而MMC低频工况下面临桥臂环流增大,子模块损耗增大,损耗计算不准确的问题,影响其运行可靠性。为了进一步提高MMC可靠性水平,论文开展MMC损耗的改进计算方法以及桥臂环流抑制的研究。本文主要内容包括:(1)针对低频输电用MMC电容电压波动增大影响输出电能质量的问题,对电容电压波动进行抑制。首先,结合MMC的拓扑机构介绍了MMC的工作原理和改进的载波移相调制策略;其次,采用低频工况下子模块电容电压平衡控制策略对电压波动进行抑制;最后,搭建MMC低频仿真模型对抑制效果进行了验证。(2)针对MMC在低频输电工况下环流增大导致MMC损耗计算不准确的问题,提出了考虑环流的低频输电用MMC改进损耗计算方法。首先,分析了MMC器件损耗分布不均现象;其次,考虑环流对开关器件投入概率的影响,推导了开关器件的损耗的解析表达式;最后,基于PLECS/Simulink联合仿真平台搭建了21电平低频输电系统电热耦合模型,将理论计算值与耦合模型仿真值进行了对比验证。(3)针对MMC在低频输电工况下桥臂环流增大的问题,提出一种基于虚拟阻抗的环流抑制策略。首先,推导了二、四次环流幅值表达式;其次,根据环流幅值与桥臂阻抗成反比,提出了基于虚拟阻抗的环流抑制策略;最后,建立21电平低频输电用MMC及其控制模型,并与常规环流抑制方法进行比较验证。(4)为了分析基于MMC的海上风电场低频输电性能,首先建立了直驱永磁同步发电机组并入低频输电网仿真模型;其次,提出了低频输电用MMC的有功和无功解耦控制策略;最后,建立基于B2B-MMC的海上风电场低频输电系统仿真平台,对稳态情况和电网故障情况下输电系统的运行性能进行了仿真分析。论文提出的改进的损耗计算方法可以为低频输电用MMC损耗的准确计算与分析提供支持,提出的桥臂环流抑制策略可为低频输电用MMC控制策略改进提供技术支撑,建立的基于B2B-MMC海上风电场低频输电仿真平台可以为低频输电应用提供技术参考。