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近年来,全球光伏装机容量不断增长,而集中型电站可以发挥资源优势,降低发电成本,在光伏电站占比中优势明显,集中型电站主要分布在西北地区,电能难以就地消纳,需要进行并网输送。与交流输电相比,直流输电不存在频率抖动、相位同步的问题,且在输电损耗和无功补偿方面也具有优势,故本文以光伏电站经直流电网并网作为研究对象,详细研究并网变换器的变换器拓扑及其控制策略。首先,本文采用具有有源箝位功能的全桥隔离型直流升压变换器,将光伏组件出口电压进行升压,接入±30kV的直流配网;采用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)实现交直流系统的互联,MMC每相桥臂由多个子模块级联构成,解决了电压源型变换器中开关器件耐压问题,在此基础上,本文针对目前具备隔离直流故障能力的子模块开关器件数量较多,造成工程设计成本较高的问题,设计了电容互补子模块(Capacitance Complementary Submodule,以下简称CCSM),并详细阐述了CCSM的工作原理。其次,本文对光伏电池的物理模型及其输出特性进行了分析,推导了光伏阵列的数学模型;对全桥隔离升压变换器的工作模态进行了详细分析,根据状态空间平均法建立了数学模型,并实现了进行最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)和定直流电压控制;对MMC的三相静止坐标系及两相同步旋转坐标系下的数学模型进行了推导,并分析了MMC的双闭环控制策略、最近电平调制及子模块电容电压均衡控制策略。再次,本文搭建了光伏电站直流电网接入交流系统的稳态仿真模型,通过对稳态下直流升压变换器的MPPT、开关管占空比、直流电压值仿真波形,证明了直流侧电路的合理性与控制器的有效性;通过对MMC变换器直流侧电压、交流侧电压、交流侧电流、控制器有功、无功等仿真结果证明MMC控制器的有效性。最后,为了验证CCSM的稳态运行效果,采用CCSM与双箝位子模块(Clamp Double Sub-Module,CDSM)两种子模块仿真,进行了CCSM与CDSM的子模块电容电压均衡效果对比;为了验证直流双极短路故障下CCSM的隔离故障能力,对半桥子模块(Half Bridge Sub-Module,HBSM)、CDSM、CCSM进行了隔离直流故障能力对比,证明了CCSM隔离直流故障的能力和降低工程成本的实际意义。