层叠式多单元变换器控制策略研究

发布时间：2020-04-08 02:27

【摘要】：多电平变换器被广泛应用于各种中高压、大功率场合,例如电机拖动、高压直流输电、柔性交流输电系统等。而层叠式多单元变换器(Stacked Multicell Converter,SMC)作为一种新型多电平变换器拓扑,受到国内外学者的广泛关注。由于直流侧分裂电容以及悬浮电容的存在,该拓扑容易发生中点电压以及悬浮电容电压不平衡的现象。针对以上问题,本文进行深入分析与研究。详细讨论了层叠式多单元变换器的基本工作原理,包括拓扑结构、开关状态、实现方案以及自平衡特性、预充电策略。并在此基础上针对传统载波移相调制谐波性能较差等问题,分析了一种适用于五电平SMC的旋转载波调制策略。由于实际应用中不理想因素的存在,包括死区时间、控制精度限制、控制延时、寄生参数、负载不对称性等,传统的悬浮电容自平衡策略无法保证SMC悬浮电容电压的可靠平衡。针对该问题,分析了三种适用于五电平SMC的悬浮电容电压主动平衡控制策略,包括逻辑公式平衡法、代价函数平衡法以及P控制器平衡法。通过仿真与传统的载波移相调制对比,验证了三种算法的可靠性以及有效性。针对直流侧中点电压不平衡的问题,由于中点电压波动与悬浮电容电压波动之间存在耦合关系,首先分析直流侧电压以及悬浮电容电压波动模型。并在此基础上,针对基于ACVB(Active Capacitor Voltage Balancing)平衡控制策略零序电压选择空间不足以及直流侧与悬浮电容电压耦合处理不充分的问题,提出一种基于最优零序的直流侧联合悬浮电容平衡策略。该方案通过计算中点补偿电流大小,将相应的最优零序分量注入三相调制电压之中以补偿直流侧的波动。针对悬浮电容电压波动,通过改变相应开关矢量的占空比时间以定量的补偿悬浮电容波动。仿真表明,两种方法在调制比较高时平衡效果一致,但在低调制比工况以及动态性能上存在较大差别。设计并搭建了五电平层叠式多单元变换器实验平台,并对本文所提出的平衡策略进行验证与分析,实验结果证明以上策略的正确性以及有效性。
【图文】：

的工作原理，为进一步分析该拓扑的电容平衡策略做好准备。逡逑２．１层叠式多单元变换器简介逡逑一个基本的单相层叠式多单元变换器如图２＿１所示，它是由多个如图２－２所示逡逑的基本换流单元（Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ邋Ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ邋Ｃｅｌｌ）堆叠而成［３］。逡逑：／邋／邋／逦逡逑ｃ２邋Ｓｉ３２逦ＣＡ２２逦ＣＡｎ逦ｙ逡逑＝４＝邋Ｃ－逦＝４＝逦＞邋Ｓｔａｇｅ邋ｎ－２逡逑ｒ逦°Ｘ３２逦°ｘ２２逦，逦ｉ逦＊＾ｘｌ２逦ｆ逡逑Ｊ邋°邋■邋￣义￣￣ｆ逦—＇逦义￣￣／—逡逑ｃN逦＾N逦Ｉ１，１邋Ａ．逡逑Ｔ逦－ｒ逦Ｉ邋心丨丁逡逑逦逦Ｘ逦逦Ｉ邋NB丨邋Ｉ逦义逡逑Ｋ逦＾邋＾逦Ｊ逦．逦＇逡逑Ｙ逡逑Ｃｅｌｌ邋ｐ＝３逡逑图２－１层叠式多单元变换器拓扑结构逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋ｆｉｖｅ邋ｌｅｖｅｌ邋ｓｔａｃｋｅｄ邋ｍｕｌｔｉｃｅｌｌ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ逡逑规定横向换流单元个数为ＳＭＣ的单元（Ｃｅｌｌ）数；？，纵向换流单元个数为ＳＭＣ逡逑的层（Ｓｔａｃｋ）数ｍ则图２－１中展示的是一个；？＝３，邋ｈ＝２的ＳＭＣ拓扑。为了后续统一，逡逑５逡逑

有研究表明［７］，当层数３时，难以通过软件控制的方式维持直流侧中点电逡逑压平衡，所以大量研究工作都只针对《邋＝邋２的ＳＭＣ展开。对于两层ＳＭＣ而言，如逡逑图２－３所示，，当Ｔ！导通Ｔ３关断或Ｔ３导通Ｔ！关断时，外侧开关管乃或乃将会承逡逑６逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

【参考文献】

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1 王琛琛;管勃;;一种兼顾二极管钳位型三电平变换器中点电位平衡的窄脉冲处理方法[J];电工技术学报;2015年19期

2 杨宏,阮新波,严仰光;采用SVM控制的四桥臂三相逆变器[J];电气传动;2003年02期

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1 陈杰;城轨列车辅助供电系统高品质波形控制及无互联线并联关键技术研究[D];北京交通大学;2013年

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1 刘敬s

本文编号：2618750