模块化多电平矩阵变换器控制策略研究

发布时间：2017-08-26 02:27

  本文关键词：模块化多电平矩阵变换器控制策略研究

  更多相关文章： 模块化多电平矩阵变换器 电容电压平衡控制 低频包络线 高频共模量

【摘要】：随着电力电子技术在智能电网、中高压电机驱动等领域的应用日益广泛,模块化多电平变换器(MMC)谐波含量低、模块化程度高、无需大量钳位器件的优势愈加凸显,因此近年来成为各国学者研究的热点。但MMC也存在一定的局限,比如存在固有的直流故障缺陷以及在交交变换领域需要中间直流变换环节。模块化多电平矩阵变换器(MMMC)结合了MMC与矩阵变换器的双重优势,可以直接进行交-交变换节省桥臂数量,具备四象限运行能力,可以实现任意频率、相位输出,在高压直流输电、电机调速及电力电子变压器等场合将发挥重要作用。MMMC拓扑结构具有很强的开放性,MMC可以看作MMMC的一个特例,但MMMC是直接交-交变换,因此频率关系更为复杂,子模块电容电压平衡控制也更加困难。本文首先介绍了MMMC各种拓扑的基本结构及研究现状,以2相/3相MMMC为重点研究对象,进行稳态条件下工作原理分析,得到电容电压纹波的波动规律。按照子模块-N子模块桥臂单元的顺序,建立开关状态数学模型和小信号模型,简化得到传递函数用于控制系统闭环设计。从稳态情况下瞬时功率分析出发,在揭示波动功率来源的基础上,按照频率范围分成常规频率工况、输出低频工况、输入输出接近同频工况,并分别提出相应的控制策略。对常规频率工况,采用桥臂电流直接控制和电容电压层次化控制双闭环设计方法,无需附加的环流抑制。对输出低频工况,以对低频波动功率来源分析为基础,采用包络线法,利用比例谐振控制器在相间电容电压控制层次中提取波动幅值较大的输出二倍频纹波电压,得到跟随低频波动功率的环流并投入到闭环反馈控制,无需额外功率实现纹波电压无静差控制。该方法具有很强的推广性和普适性,对其他模块化多电平拓扑结构研究有极大的参考价值。对输入输出接近同频工况,提出在输出电压中注入高频共模电压和在桥臂电流中加入相同频率零序电流的方法,重构后的桥臂功率脉动在较高频率,大大降低了子模块电容电压波动幅值,并且设计了控制框图可以直接得到共模量,免去复杂计算,实时跟踪波动功率。针对三种工况,分别设计了Matlab/ Simulink仿真模型,验证了所提抑制纹波电压波动方法的正确性与有效性,并具有良好的动静态性能。
【关键词】：模块化多电平矩阵变换器 电容电压平衡控制 低频包络线 高频共模量
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 符号说明11-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 传统多电平变换器13-16
• 1.2.1 二极管钳位型多电平变换器13-14
• 1.2.2 飞跨电容型多电平变换器14-15
• 1.2.3 级联H桥型多电平变换器15-16
• 1.3 模块化多电平变换器16-19
• 1.4 模块化多电平矩阵变换器19-22
• 1.4.1 发展历程19-20
• 1.4.2 研究现状20-22
• 1.5 本文的研究内容22-24
• 第2章 MMMC工作原理与建模分析24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 拓扑结构24-27
• 2.3 基本原理27-29
• 2.4 建模分析29-35
• 2.4.1 子模块建模分析29-32
• 2.4.2 桥臂建模分析32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 常规频率下MMMC控制策略36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 功率稳态分析36-38
• 3.3 电压电容纹波稳态分析38-39
• 3.4 层次化电容电压平衡控制方法39-49
• 3.4.1 电容电压平均值控制理论40-42
• 3.4.2 电流控制策略42-43
• 3.4.3 电容电压控制策略43-48
• 3.4.4 总体控制策略框图48-49
• 3.5 仿真验证49-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 MMMC低频运行时控制策略54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 低频运行时纹波抑制54-60
• 4.2.1 低频运行存在的问题54-57
• 4.2.2 低频包络线法57-59
• 4.2.3 低频控制策略59-60
• 4.3 仿真验证60-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 两侧趋于同频运行时控制策略66-80
• 5.1 引言66
• 5.2 两侧趋于同频运行时纹波抑制66-73
• 5.2.1 两侧趋于同频运行时存在的问题66-68
• 5.2.2 高频共模量注入法68-70
• 5.2.3 差频控制策略70-73
• 5.3 仿真验证73-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 结论与工作展望80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-90
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文90-91
• 学位论文评阅及答辩情况表91

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本文编号：739132