MMC型电力电子变压器控制策略研究

发布时间：2020-10-01 18:23

　　 随着用户对电能质量要求的提高,传统电力变压器由于其体积质量大、环境污染严重已经无法满足人们的需求。电力电子变压器将电力电子变压技术和高频变压技术相结合,可以连接储能设备,提高供电可靠性,更适用于现代电网。新型模块化多电平变换器结构的电力电子变压器具有高度的模块化、环境污染小等优点,可为电网提供更加可靠的电能。模块化多电平变换器结构的电力电子变压器由整流级、DC/DC双有源桥中间级、四桥臂三相逆变级组成。本文分别研究了各级的新型拓扑结构,分析其工作原理,提出了相应的控制策略。针对整流级输入电平数较低时,得到的输出波形质量较差的问题,对电平逼近方法进行了改进,提出了直流电压外环,正、负序电流内环控制结合电容均压的模块化多电平变换器整流级控制策略。DC/DC双有源桥中间级选择了单移相(SPS)控制,针对实际生产中,每个中间变换器的参数不会完全一致的问题,在单移相控制的基础上加入了功率反馈的平衡控制,有效提高了中间级的稳定性。四桥臂三相逆变级可以带动不平衡负载,其中,三相三桥臂采用电压的正负序控制来实现控制目的,第四桥臂通过中性电流来跟踪负载电流的负和来达到控制效果。在MATLAB仿真环境下,分别搭建模块化多电平变换器结构的电力电子变压器各级仿真模型,并进行仿真研究,各级均达到了预期的控制效果。依次将三级连接,搭建电力电子变压器的整体仿真模型,仿真验证各级控制方法的可行性。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM41
【部分图文】：

１．２．１邋ＰＥＴ的国内外研究现状逡逑（１）电力电子变压器的发展历程逡逑最初，美国ＧＥ公司工程师Ｗｉｌｌｉａｍ邋ＭｃＭｕｒｒａｙ首次提出ＡＣ／ＡＣ拓扑，如图１．１所示为ＰＥＴ逡逑最初的拓扑结构［６］，这种结构的ＰＥＴ的控制原理较为简单，原边控制乃与丁：两个开关的高频交逡逑替导通关断，输入直流信号，将该信号转变为高频信号，再通过变压器将所产生的高频信号耦合逡逑到二次侧，控制调节＾与！＾两个开关，通过调制移相角的方法对高频信号进行还原，转换为最逡逑初原边输入的信号。逡逑图１．１高频变换器结构逡逑２０世纪８０年代，美国军方人员提出ＡＣ／ＡＣ降压ＰＥＴ，这种变压器可将输入的高电压转换为逡逑低等级的输出电能，但是无法对谐波进行隔离，缺点太明显，没有得到推广。文献［７］中Ｋｏｏｓｕｋｅ逡逑Ｈａｒａｄａ等学者在１９８８年通过对ＤＣ／ＡＣ结构变压器的研宄，提出了新的高频概念。此后不久，美逡逑国电科院的项目研宄并搭建了一种ＡＣ／ＡＣ直接变换型试验样机［８］。１９９９年，ＰＥＴ拓扑结构历史逡逑发展的一个里程碑

展至今分别两种主流拓扑ＡＣ／ＡＣ型、ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ型，其中直接变换型的研宄发展及在实际中的逡逑拓展使用远不及三级式ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ型ＰＥＴ，邋ＡＣ／ＡＣ直接变换型原边副边由高频中间变压器相连，逡逑中间未加入直流变换，如图１．２所示为ＡＣ／ＡＣ型实现原理。而ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ的一次侧和二次侧的逡逑输入输出都为交流信号，中间加入了邋ＤＣ／ＤＣ高压隔离级，这种新型结构的ＰＥＴ是现如今的主要逡逑研宄结构。逡逑交流Ｍ交流逡逑一次侧逦二次侧逡逑图１．２高频连接ＡＣ／ＡＣ型实现原理逡逑ＡＣ／ＡＣ直接变换型ＰＥＴ的结构较为简单，首先输入信号为交流信号，这种交流输入经过变逡逑压器原边被转换为频率更高的交流信号，由变压器副边将该频率较高的交流信号还原，最后得到逡逑交流输出。变换过程中，原副边一直保持同步。ＡＣ／ＡＣ直接变换型ＰＥＴ的应用前景不容乐观，逡逑其可控性与ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ型ＰＥＴ相比会比较差，控制方法还不够成熟，需要深入研究［１８］。应用的逡逑实例为ＡＢＢ公司在２００７年将ＡＣ／ＡＣ直接变换型ＰＥＴ应用于铁路牵引。逡逑图１．３为ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ的实现原理图，这种结构中一次侧与二次侧均含有ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ环节，其逡逑适合于高压场合，同时具有灵活的输电方式。级联结构的ＰＥＴ又是ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ拓扑结构的主要逡逑研究形式。逡逑ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ结构ＰＥＴ相比于直接ＡＣ／ＡＣ型ＰＥＴ控制原理较为复杂

位论文逦第二章模块化多宅平变换器的数学模型建立及调多电平变换器（Ｍｏｄｕｌａｒ邋Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ邋Ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｄｏｕｂｌｅ邋Ｓｔａｒ邋Ｔｙｐｅ），简压的每个输入端分别于模块化多电平变换器的三个桥臂中点依次连接，连接为公共母线的正负两端。输入级模块化多电平变换器的作用是进行交电流的相互转换，其交流输入侧与高电压电网相连，其输出侧与中间隔离桥臂的桥臂电压之和一般情况下是恒定不变的，通过调节控制上下桥臂中，来控制各相桥臂的高低电压等级。逡逑ＭＭＣ的工作原理逡逑ＭＭＣ的桥臂ＳＭ采用的是半桥结构，ＭＭＣ的每个ＳＭ的开关状态都是可者发出有功、无功功率进行控制，ＳＭ的内部两个ＩＧＢＴ的状态，每个子口单元，图２．２、图２．３和图２．４三图分别给出了子模块ＳＭ的三种工作状的电流回路图。逡逑

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本文编号：2831835