模块化多电平变换器控制策略设计与装置研究

发布时间：2017-03-20 12:08

  本文关键词：模块化多电平变换器控制策略设计与装置研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：模块化多电平变换器MMC作为高压大容量多电平拓扑中最具应用前景的拓扑之一,自提出以来,被各国学者在调制策略、建模和分析、环流抑制以及直流侧电压波动抑制等方面对其进行了广泛研究,MMC在高压直流输电领域以及高压无功补偿领域都有广阔的应用前景。本文建立了MMC分桥臂数学模型,设计了相应的分桥臂控制策略并验证其有效性,通过主电路与控制电路的设计搭建了单相试验样机,对控制策略及相关性能分析做出了试验验证。介绍了目前多电平技术的几种常见拓扑,分析了各种拓扑的特点。重点介绍了模块化多电平变换器,概述了目前国内外对于模块化的多电平变换器研究的热点,主要包括数学建模、调制策略、直流电压平衡控制策略、环流分析及其控制策略以及装置研究。分析了MMC的基本结构和工作原理。建立了MMC系统的分桥臂数学模型,并对电路结构进行了合理的等效简化。在此基础上,以上桥臂和下桥臂开关函数为出发点详细推导和分析桥臂电流、相总电压波动和桥臂电压与桥臂电流的关系,推导出了上桥臂和下桥臂电流公式。提出了模块化多电平变换器的分桥臂控制策略。建立了三相MMC的分桥臂数学模型,并在此基础上设计了基于PI调节器的分桥臂控制策略。为了有限抑制环流中的偶次谐波分量设计了一种改进的基于PIR调节器的环流抑制器。研究了有功电流指令、无功电流控制指令的获取方法以及MMC系统桥臂上子模块间的电容电压平衡控制策略。分析了MMC-STATCOM的工作原理以及其优势,指出MMC-STATCOM可以等效为一个幅值和相位可变,频率与电网频率相同的可控电压源,通过控制其输出电压的幅值和相位的大小,即可控制MMC-STATCOM从系统吸收无功功率的大小和性质,从而达到无功功率补偿的效果。在PSIM仿真环境下搭建了两端MMC-STATCOM系统仿真模型,对本文提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了本文的相关理论分析以及所提出控制策略的正确性和有效性。介绍了单相四电平MMC的软硬件设计方法。包括重要元器件的选取方法和以及控制电路的结构,重点介绍采样电路、过零捕获电路设计、硬件保护电路包括直流侧过压保护和SO保护电路设计等内容；通过单相四电平MMC试验来验证了软硬件电路设计的正确性。
【关键词】：模块化多电平变换器 分桥臂 内部环流 静止同步补偿器 装置研制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 传统多电平变换器12-13
• 1.3 模块化多电平变换器13-15
• 1.4 模块化多电平变换器的研究热点15-18
• 1.4.1 模块化多电平变换器的建模15
• 1.4.2 模块化多电平变换器的调制策略15-16
• 1.4.3 模块化多电平变换器的电压平衡策略研究16-17
• 1.4.4 模块化多电平变换器的环流分析和抑制策略研究17
• 1.4.5 模块化多电平变换器装置的系统设计17-18
• 1.5 本论文的主要内容18-20
• 第2章 模块化多电平变换器20-35
• 2.1 MMC的拓扑结构及工作原理20-24
• 2.1.1 MMC的子模块结构21
• 2.1.2 MMC的子模块工作原理21-22
• 2.1.3 MMC的多电平输出原理22-24
• 2.2 模块化多电平变换器的数学模型24-30
• 2.2.1 MMC等效简化电路模型25-27
• 2.2.2 MMC的分桥臂数学模型27
• 2.2.3 MMC桥臂电压分析27-30
• 2.3 模块化多电平变换器的调制策略分析30-34
• 2.3.1 NLM调制算法31-32
• 2.3.2 CPS-PWM调制策略32
• 2.3.3 两种调制策略的对比32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 模块化多电平变换器的分桥臂控制策略35-50
• 3.1 基于PI调节器的分桥臂控制策略36
• 3.2 基于PIR调节器的环流抑制器的设计36-41
• 3.2.1 MMC内部环流分析36-39
• 3.2.2 PIR环流抑制器39-41
• 3.3 指令电流的获取41-42
• 3.4 子模块电容电压均衡控制42-43
• 3.5 基于MMC的STATCOM系统的仿真分析43-49
• 3.5.1 MMC应用于STATCOM的优势43-45
• 3.5.2 MMC-STATCOM工作原理45-46
• 3.5.3 MMC-STATCOM分桥臂控制策略的仿真分析46-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 单相MMC试验装置研究50-64
• 4.1 单相MMC主电路硬件设计50-53
• 4.1.1 子模块电容的设计50
• 4.1.2 桥臂电感的设计50-51
• 4.1.3 功率模块的选择51-53
• 4.2 控制系统硬件电路的设计53-57
• 4.2.1 采样调理电路设计54-55
• 4.2.2 过零捕获电路的设计55-56
• 4.2.3 硬件保护电路的设计56-57
• 4.3 单相MMC试验57-63
• 4.3.1 单相MMC无源逆变试验59-61
• 4.3.2 单相MMC有源逆变试验61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 总结与展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间获得的研究成果71

  本文关键词：模块化多电平变换器控制策略设计与装置研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：257742