基于MMC结构的三相—单相变换器及其控制研究

发布时间：2017-08-04 21:20

  本文关键词：基于MMC结构的三相—单相变换器及其控制研究

  更多相关文章： 模块化多电平变换器 三相-单相变换器 并网控制 现场可编程逻辑门阵列

【摘要】：同相供电系统是一种新型铁道牵引供电系统,基于三相-单相变换器的贯通式同相供电系统可彻底解决现有系统的供电不平衡问题、机车过分相问题、功率因数低和三相不平衡等电能质量问题而受到广泛关注和深入研究。由于电力电子级联多电平技术日益成熟并可解决系统的容量和接口电压等问题,本文将基于模块化多电平变换器(MMC)结构的三相-单相变换器用于贯通式同相供电系统,着重研究了MMC电路特性及三相侧和单相侧变换器的并网控制策略。首先,研究了MMC子模块工作原理并建立其单桥臂的数学模型。在此基础上讨论了MMC的四象限运行原理,分析了单相环流成分及其抑制策略,研究了子模块电容电压的谐波含量,最后通过仿真对以上分析加以验证。其次,分析了基于MMC结构的三相五电平PWM变换器的拓扑结构和工作原理,结合其端口电压在dq坐标下数学模型而采用基于Id/Iq的三相有功无功解耦控制策略；研究了基于MMC结构的单相全桥五电平PWM变换器的拓扑结构和工作原理,改进了dq坐标系下有功无功交叉解耦控制,使之能够输出频率、相位和幅值可控的电压并且能够向牵引网传递无功功率；研究了MMC的子模块电容电压均衡与稳定控制策略以及MMC的调制策略。接着,在Matlab/simulink仿真平台搭建了三相PWM整流器、单相全桥PWM整流器及三相-单相变换器系统仿真模型,分析了其在各类工况下直流侧电压和交流侧电压电流的稳态和动态仿真结果,验证了三相-单相PWM变换器并网控制的正确性。最后,在仿真验证的基础上搭建了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)控制平台的三相-单相变换器的小功率实验系统,分别完成了三相PWM整流实验、单相PWM整流实验及三相-单相并网运行实验。实验验证了三相整流器的稳压及功率因数控制,单相PWM整流器并网电压控制及无功功率控制以及验证了三相-单相变换器系统并网运行的可行性。
【关键词】：模块化多电平变换器 三相-单相变换器 并网控制 现场可编程逻辑门阵列
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 贯通式供电的研究现状12-13
• 1.3 多电平变换器研究现状13-15
• 1.4 基于多电平变换器的贯通供电系统15-17
• 1.5 本文主要工作内容17-18
• 第2章 MMC子模块和单桥臂工作原理18-32
• 2.1 MMC子模块和单桥臂工作原理18-24
• 2.1.1 子模块工作原理18-20
• 2.1.2 MMC单桥臂数学模型20-22
• 2.1.3 MMC四象限运行分析22-24
• 2.2 MMC的环流分析24-26
• 2.3 MMC电容谐波分析26-27
• 2.4 仿真验证27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 基于MMC结构的三-单相变换器原理及控制32-47
• 3.1 三相变换器工作原理及控制策略32-37
• 3.1.1 三相PWM变换器工作原理32-36
• 3.1.2 三相PWM变换器控制策略36-37
• 3.2 单相全桥变换器工作原理及控制策略37-42
• 3.2.1 单相全桥PWM变换器工作原理37-38
• 3.2.2 单相全桥PWM变换器并网控制策略38-42
• 3.3 MMC子模块电容电压控制42-44
• 3.4 三相-单相变换器的调制策略44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 系统仿真建模及分析47-62
• 4.1 系统仿真结构图和参数47-48
• 4.2 三相PWM整流器仿真分析48-51
• 4.3 单相全桥PWM整流器仿真分析51-53
• 4.4 三相-单相PWM变换器系统仿真分析53-61
• 4.4.1 仿真模型53-54
• 4.4.2 仿真结果及分析54-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 实验验证62-74
• 5.1 实验硬件平台62-64
• 5.2 三相PWM整流器实验64-68
• 5.3 单相PWM整流器实验68-70
• 5.4 三相-单相系统实验70-73
• 5.5 本章小结73-74
• 结论与展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈阿莲,何湘宁,吴洪洋,赵荣祥;基于基本单元串-并(并-串)思想生成多电平变换器拓扑的方法[J];电工技术学报;2004年02期

2 桂红云;姚文熙;吕征宇;;多电平变换器的拓扑结构和控制策略[J];电源技术应用;2004年08期

3 李冬黎,张晋,陈阿莲,何湘宁;一种具有自修复功能的多电平变换器拓朴[J];中国电机工程学报;2005年02期

4 王琛琛;李永东;;多电平变换器拓扑研究及其最新进展[J];电力电子;2008年04期

5 李永东;饶建业;;大容量多电平变换器拓扑——现状与进展[J];电气技术;2008年09期

6 李永东;王琛琛;;大容量多电平变换器拓扑研究及其最新进展[J];自动化博览;2009年04期

7 杨晓峰;王晓鹏;范文宝;郑琼林;;模块组合多电平变换器的环流模型[J];电工技术学报;2011年05期

8 王晓鹏;杨晓峰;范文宝;郑琼林;;模块组合多电平变换器的脉冲调制方案对比[J];电工技术学报;2011年05期

9 Johannes Kolb;Felix Kammerer;Michael Braun;杨晓峰;;模块组合多电平变换器的一种新型低频运行控制方法[J];电力电子;2011年06期

10 吴海波;王晓明;;多电平变换器在电动汽车驱动系统中的应用[J];微特电机;2013年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 何湘宁;陈阿莲;吴洪洋;;基于基本单元串-并(并-串)思想生成多电平变换器拓扑[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年

2 罗华;赵世华;贺胜;郑连清;;多电平变换器拓扑结构的发展与现状[A];四川省电工技术学会第九届学术年会论文集[C];2008年

3 王琛琛;李永东;;多电平变换器拓扑研究及其最新进展[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

4 吴洪洋;何湘宁;;高功率多电平变换器技术的研究和应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

5 刘华东;张志学;张定华;唐剑钊;邓明;;模块化多电平变换器的控制研究[A];分布式发电、智能微电网与电能质量——第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集[C];2013年

6 张国驹;陈瑶;于蓉蓉;;模块化多电平变换器的平均值建模与控制[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

7 李承;石丹;郭勇;;基于单周控制的级联多电平变换器研究[A];武汉(南方九省)电工理论学会第22届学术年会、河南省电工技术学会年会论文集[C];2010年

8 熊兰;刘飞;宫金武;查晓明;;基于部分单元能量回馈的级联多电平变换器[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

9 万峗;刘世槎;姜建国;陈成辉;陈四雄;彭霞;;基于级联式模块化多电平变换器(MMCC)的通用分析方法及控制器设计[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

10 侯轩;李永东;高跃;刘永衡;;多电平变换器空间矢量合成算法及应用[A];中国电工技术学会第八届学术会议论文集[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 何立群;模块化多电平变换器（MMC）的环流谐波抑制及低频运行研究[D];华中科技大学;2015年

2 王畅;新型大功率级联H桥多电平变换器[D];中国矿业大学(北京);2016年

3 韩金刚;基于不对称结构的新型多电平变换器研究[D];上海海事大学;2007年

4 陈权;电压型多电平变换器若干关键技术研究[D];合肥工业大学;2007年

5 波里奥;用于电能质量管理的高效率多电平变换器[D];浙江大学;2008年

6 王俊;级联H桥多电平变换器协调控制的研究[D];中国矿业大学（北京）;2015年

7 杨晓峰;模块组合多电平变换器（MMC）研究[D];北京交通大学;2012年

8 费万民;中高压功率变换相关技术的基础研究[D];浙江大学;2005年

9 范声芳;模块化多电平变换器（MMC）若干关键技术研究[D];华中科技大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王艳丽;模块化多电平变换器及其控制策略的研究[D];中国石油大学(华东);2014年

2 王庆振;模块组合多电平变换器电容均压控制系统研究[D];上海工程技术大学;2016年

3 宋莎莎;基于MMC结构的三相—单相变换器及其控制研究[D];西南交通大学;2016年

4 冯建洲;非正常工况下模块化多电平变换器的控制策略研究[D];山东大学;2016年

5 卞月娟;新型模块组合多电平变换器及其控制策略研究[D];华南理工大学;2016年

6 聂雄;模块化多电平变换器的优化控制策略研究[D];中国矿业大学;2016年

7 王金花;模块化多电平变换器模型预测控制策略研究[D];中国矿业大学;2016年

8 杨超;模块化多电平变换器环流及抑制策略研究[D];中国矿业大学;2016年

9 王晓鹏;模块组合多电平变换器控制系统研制[D];北京交通大学;2011年

10 彭辉;多电平变换器及其应用的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

，

本文编号：621762