模块化多电平变流器控制系统的研制

发布时间：2017-08-11 14:26

  本文关键词：模块化多电平变流器控制系统的研制

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【摘要】：随着基于电压源型变换器的高压直流输电的兴起,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)以其高度模块化、低输出畸变率、高可靠性等优点成为人们关注的焦点。近年来,关于MMC的研究仍侧重于建模、子模块电容电压平衡、内部环流抑制等控制层面,但是与MMC控制系统架构设计及其具体工程实现有关的研究并不多,故本文以此作为重点展开研究。主要内容包括：(1)以MMC的拓扑结构、工作原理、调制策略等理论为基础,建立单相数学模型,明确了控制系统的功能需求,利用MATLAB/Simulink仿真软件对基本的控制策略,如电容均压控制、环流抑制以及交流预充电控制进行了仿真分析,选择了适用于硬件控制系统的控制策略。(2)根据MMC控制系统的功能需求,对已有的MMC控制系统架构进行了分析。针对两级控制系统架构需要光纤数量较多、主控制器运算负担重的问题,以及三级控制系统架构子模块之间需要时钟同步的问题,提出了一种新的三级控制系统架构。基于提出的三级控制系统架构,对各个功能模块进行了划分,并选择合适的控制器来实现。(3)在确定硬件架构的基础上,对各个控制器的软件设计进行了分析,规定了各个控制器之间的通信协议和信息交互内容。研究了主控制器DSP和辅助控制器FPGA主要功能实现的方法,并对关键的功能模块进行了软件功能仿真和实验验证。(4)在上述工作的基础上,参与设计并搭建了一台三相5电平MMC样机,利用平台对基本的控制策略进行了验证,给出了各种工况下的波形,验证了控制系统架构的可行性。
【关键词】：模块化多电平变换器 控制系统 均压控制 交流预充电
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 MMC研究背景11
• 1.2 MMC工作原理11-14
• 1.3 研究现状与工程应用14-18
• 1.3.1 调制策略14-15
• 1.3.2 电容均压和环流策略抑制15
• 1.3.3 预充电技术15-16
• 1.3.4 控制系统设计16-17
• 1.3.5 工程应用17-18
• 1.4 本文主要工作18-19
• 2 MMC的数学模型及控制策略研究19-35
• 2.1 MMC的数学模型19-23
• 2.2 MMC调制策略23-25
• 2.3 MMC控制策略的研究25-33
• 2.3.1 子模块电容均压控制策略25-28
• 2.3.2 桥臂环流抑制策略28-30
• 2.3.3 预充电控制策略30-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 MMC控制系统硬件设计35-47
• 3.1 MMC控制系统需求35-36
• 3.2 MMC控制系统架构36-38
• 3.3 控制器选型38-39
• 3.4 功能模块划分39-43
• 3.5 控制系统硬件设计43-45
• 3.6 本章小结45-47
• 4 MMC控制系统软件设计47-57
• 4.1 软件架构设计47-48
• 4.2 软件功能划分48-50
• 4.3 DSP程序设计50-52
• 4.4 FPGA软件设计52-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 样机设计与实验57-67
• 5.1 MMC样机57-58
• 5.2 基本控制策略验证58-60
• 5.2.1 载波移相调制策略验证58-59
• 5.2.2 电容均压策略验证59
• 5.2.3 环流抑制策略验证59-60
• 5.2.4 MMC预充电控制策略60
• 5.3 实验60-65
• 5.3.1 稳态实验61
• 5.3.2 动态实验61-65
• 5.4 本章小结65-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67
• 6.2 研究工作展望67-69
• 参考文献69-73
• 附录 A73-75
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果75-79
• 学位论文数据集79

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本文编号：656605