混合模块化多电平变换器模型预测控制策略研究
发布时间：2021-08-16 23:49
相比传统模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）,混合模块化多电平变换器（Hybrid Modular Multilevel Converter,HMMC）由于具有直流短路故障自隔离功能,在高压直流输电领域的应用前景广阔,因此受到了广泛的研究。本文以HMMC为研究对象,重点研究其模型预测控制,改善控制的性能,并基于模型预测控制对直流短路故障检测和穿越控制进行优化。本文研究了HMMC的拓扑结构并推导其数学模型,在此基础上对统一脉宽调制和排序均压算法进行阐述,讨论其在直流短路故障期间的变化。并搭建以RT-LAB实时仿真系统为基础的半实物实验平台,简要阐述平台的结构。为解决现有戴维南等效模型只对半桥和全桥子模块进行建模的问题,本文在学习戴维南等效原理的基础上,建立一种HMMC的戴维南等效模型,将半桥和全桥子模块整合在一起进行等效,简化了模型的结构,节约了仿真时间,并结合调制策略和均压方法仿真验证了等效模型的精确性。模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）是本文的主要研究内容,针对其存在的环流控制在不同应用场合控制效...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HMMC及其子模块的拓扑结构
如图2-1(a)所示,三相HMMC由三个相同的相单元(用j表示,j=a,b,c)组成,每个相单元分为上、下两个桥臂(用r表示,r=p,n,p代表上桥臂,n代表下桥臂),每个桥臂由N个子模块、一个桥臂电感L和一个桥臂等效电阻R串联组成,N个子模块中有F个全桥子模块(SM1~SMF),H(H=N-F)个半桥子模块(SMF+1~SMN)。半桥子模块由电容C和一个半桥拓扑并联构成,uch是半桥子模块的电容电压,uh是半桥子模块的输出电压,如图2-1(b)所示;全桥子模块由电容C和一个全桥拓扑并联构成,ucf是全桥子模块的电容电压,uf是全桥子模块的输出电压,如图2-1(c)所示。+Udc/2和-Udc/2分别是HMMC直流侧正极和负极的电压,irj是各桥臂的桥臂电流,uj和ij分别是交流相电压和交流相电流。子模块是HMMC的基本组成单位,通过对其开关管进行控制,子模块能够输出不同的电压,进而组成不同的桥臂电压和交流电压,实现对整个换流器功率流动的控制。半桥子模块的工作状态如图2-2所示,图中,iarm为桥臂电流,定义其正方向为流入子模块的方向,图中的虚线表示电流流动的通路。由图可知,半桥子模块共有导通、旁路、闭锁三种工作状态,其中,导通和旁路是正常工作状态,闭锁是非正常工作状态。进一步分析可知,子模块的输出电压和电容电压与其工作状态以及桥臂电流的方向有着密切的关系,为了方便学习,本文将半桥子模块在不同工作状态下的开关管情况、输出电压情况和电容电压变化情况整理到表2-1中。
式中,npj和nnj分别表示上、下桥臂处于导通状态的子模块个数,其取值范围是-F~N,负值表示处于反向导通状态的全桥子模块个数,正值表示处于导通状态的半桥子模块和处于正向导通状态的全桥子模块的总个数。ucpj_av和ucnj_av分别表示上、下桥臂子模块电容电压的平均值,若子模块电容电压完全均衡,则可近似认为ucrj_av≈Uc_re,Uc_re是子模块电容电压给定值,Uc_re=Udc_re/N,Udc_re是直流电压给定值,因此桥臂输出电压的范围可近似认为-FUc_re~NUc_re。结合图2-4,根据基尔霍夫电压定律可得到HMMC的电压、电流关系为:
本文编号：3346621
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HMMC及其子模块的拓扑结构
如图2-1(a)所示,三相HMMC由三个相同的相单元(用j表示,j=a,b,c)组成,每个相单元分为上、下两个桥臂(用r表示,r=p,n,p代表上桥臂,n代表下桥臂),每个桥臂由N个子模块、一个桥臂电感L和一个桥臂等效电阻R串联组成,N个子模块中有F个全桥子模块(SM1~SMF),H(H=N-F)个半桥子模块(SMF+1~SMN)。半桥子模块由电容C和一个半桥拓扑并联构成,uch是半桥子模块的电容电压,uh是半桥子模块的输出电压,如图2-1(b)所示;全桥子模块由电容C和一个全桥拓扑并联构成,ucf是全桥子模块的电容电压,uf是全桥子模块的输出电压,如图2-1(c)所示。+Udc/2和-Udc/2分别是HMMC直流侧正极和负极的电压,irj是各桥臂的桥臂电流,uj和ij分别是交流相电压和交流相电流。子模块是HMMC的基本组成单位,通过对其开关管进行控制,子模块能够输出不同的电压,进而组成不同的桥臂电压和交流电压,实现对整个换流器功率流动的控制。半桥子模块的工作状态如图2-2所示,图中,iarm为桥臂电流,定义其正方向为流入子模块的方向,图中的虚线表示电流流动的通路。由图可知,半桥子模块共有导通、旁路、闭锁三种工作状态,其中,导通和旁路是正常工作状态,闭锁是非正常工作状态。进一步分析可知,子模块的输出电压和电容电压与其工作状态以及桥臂电流的方向有着密切的关系,为了方便学习,本文将半桥子模块在不同工作状态下的开关管情况、输出电压情况和电容电压变化情况整理到表2-1中。
式中,npj和nnj分别表示上、下桥臂处于导通状态的子模块个数,其取值范围是-F~N,负值表示处于反向导通状态的全桥子模块个数,正值表示处于导通状态的半桥子模块和处于正向导通状态的全桥子模块的总个数。ucpj_av和ucnj_av分别表示上、下桥臂子模块电容电压的平均值,若子模块电容电压完全均衡,则可近似认为ucrj_av≈Uc_re,Uc_re是子模块电容电压给定值,Uc_re=Udc_re/N,Udc_re是直流电压给定值,因此桥臂输出电压的范围可近似认为-FUc_re~NUc_re。结合图2-4,根据基尔霍夫电压定律可得到HMMC的电压、电流关系为:
本文编号：3346621
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