模块化多电平变换器模型预测控制策略研究

发布时间：2019-09-19 04:18

【摘要】：在高压、大功率电气工程领域,多电平变换器应用广泛。模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)是近年来提出的一种新型多电平变换器结构。MMC在高压直流输电方面具有显著的优势,是当前的研究热点。由于MMC存在相间环流和子模块电容电压不平衡问题,本文主要针对这两方面对MMC的调制策略以及控制策略展开研究。分析了MMC的工作原理,对应用于MMC的载波移相正弦波脉宽调制策略和最近电平逼近调制策略进行理论及仿真分析。建立了MMC在两相旋转坐标系下的数学模型及二倍频环流模型,研究了能抑制二倍频环流的经典电流控制策略。在两电平逆变器模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)策略的基础上,研究了MMC的有限控制集模型预测控制(Finite Control Set MPC,FCS-MPC)策略。针对FCS-MPC策略在子模块数目较多时存在的计算量大的问题,研究基于子模块电容电压排序的优化模型预测控制策略(Optical MPC,OMPC),可将N电平MMC系统的开关状态降到N+1次,但控制策略的执行过程中需考虑子模块电容电压的排序。针对子模块数目较多的MMC系统,提出一种简化有限集快速模型预测控制策略(Reduced Finite Set-fast MPC,RFS-FMPC),该控制策略以MMC换流器输出电压电平为可控变量并对其建立有限集合,简化MPC控制结构。RFS-FMPC策略不仅能同时满足输出电流跟踪、抑制环流和子模块电容电压平衡这三个控制目标,还能提高系统的动态性能。通过仿真将RFS-FMPC、OMPC、FCS-MPC以及经典电流控制策略作对比,得出各自的优缺点。对MMC实验系统中的器件和主回路结构进行选型计算和设计。在该实验系统上对本文所研究的控制策略进行了实验验证,实验结果证明了本文研究的相关MMC控制策略的有效性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46

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本文编号：2537873