模块组合多电平变换器（MMC）的调制策略研究

发布时间：2017-10-26 17:16

  本文关键词：模块组合多电平变换器（MMC）的调制策略研究

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【摘要】：模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一种新型电压源型多电平变换器拓扑结构。与传统的电压源型变换器相比,独特的结构特点使其具有较高的输出电平数、输出波形质量高、开关频率低、开关损耗小、模块化结构通用性强和四象限运行等优点。因此,MMC拓扑在HVDC、电能质量治理和电气传动等高压大功率电力变换领域的应用,受到了国内外专家、学者的广泛关注和研究。调制技术是MMC的核心技术之一,也是MMC获得良好的输出性能的重要保障,本文针对MMC在中低压场合应用的主要调制策略进行了研究。 本文首先介绍了MMC及其功率单元的拓扑结构,详细分析了MMC的工作原理,建立了MMC的连续数学模型,分析其物理意义,为调制指令给定提供了理论依据,同时对桥臂功率单元耐压进行了证明。 对比了适用于MMC的空间矢量调制、阶梯波调制、载波移相调制和最近电平逼近调制方法的优缺点,并对适用于中低压场合MMC的两种调制策略——阶梯波调制策略和载波移相调制策略进行了深入研究。推导了阶梯波调制方法下MMC输出波形的傅里叶级数表达式,针对阶梯波调制策略中的开关角计算问题,提出了采用改进粒子群优化算法(Modified Particle Swarm Optimization, MPSO)求解开关角,然后利用方波脉冲循环均压方法以实现各个功率单元之间能量均衡。 研究了适用于MMC的双调制波CPS-SPWM策略,基于DSP-FPGA核心控制系统,设计了两种双调制波CPS-SPWM控制脉冲数字实现方案,并通过仿真和实验研究不同的实现方案对系统控制效果的影响,为工程设计提供了参考依据。针对CPS-SPWVM策略中电容能量均衡问题,本文提出了一种将传统的双调制波载波移相调制方法与电容电压排序方法相结合的改进型CPS-SPWM策略,用于实现MMC各个功率单元电容能量均衡的目标。将改进型CPS-SPWM策略与传统CPS-SPWM策略相结合,大大改善MMC系统的启动性能。 同时本文对改进型双调制波CPS-SPWM策略在开口变压器MMC中的应用进行了研究,通过分析基于开口变压器MMC的结构特点和数学模型,给出了改进型载波移相调制策略在开口变压器MMC中应用与在传统MMC应用调制指令的不同,利用仿真软件对基于开口变压器MMC的性能和优缺点进行研究。
【关键词】：模块组合多电平变换器 改进粒子群优化算法 阶梯波调制策略 改进型双调制波CPS-SPWM策略 混合双调制波CPS-SPWM策略
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 课题研究目的和意义11
• 1.2 电压源型变换器的主要拓扑结构11-17
• 1.2.1 两电平变换器12
• 1.2.2 二极管箝位型多电平变换器12-13
• 1.2.3 飞跨电容型多电平变换器13-14
• 1.2.4 级联H桥型多电平变换器14-15
• 1.2.5 模块组合多电平变换器15-17
• 1.3 MMC的研究现状17-22
• 1.3.1 功率单元结构17-18
• 1.3.2 数学模型18-19
• 1.3.3 调制技术19-20
• 1.3.4 开关角求解算法20
• 1.3.5 电容电压均衡20-22
• 1.3.6 环流抑制22
• 1.4 本文工作的意义和主要内容22-25
• 2 MMC的工作原理25-31
• 2.1 MMC的拓扑结构25-26
• 2.2 MMC的基本原理26-27
• 2.3 MMC的数学模型27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 基于改进粒子群优化算法的阶梯波调制策略31-41
• 3.1 阶梯波调制基本概念与数学模型31-32
• 3.2 MPSO算法及优化实现32-35
• 3.2.1 MPSO算法基本原理32-33
• 3.2.2 MPSO算法在MMC中应用实现33-35
• 3.3 功率单元电容电压均衡策略35-37
• 3.4 仿真和实验验证37-40
• 3.4.1 仿真验证37-39
• 3.4.2 实验验证39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 改进型双调制波正弦脉宽调制策略41-67
• 4.1 传统双调制波CPS-SPWM策略原理41-53
• 4.1.1 双调制波CPS-SPWM数字化实现方案42-45
• 4.1.1.1 DSP-FPGA方案42-44
• 4.1.1.2 DSP ePWM方案44-45
• 4.1.2 仿真验证45-47
• 4.1.3 实验验证47-53
• 4.2 改进型双调制波载波移相正弦脉宽调制策略53-64
• 4.2.1 改进型双调制波CPS-SPWM策略原理53-55
• 4.2.2 仿真验证55-60
• 4.2.3 实验验证60-64
• 4.3 本章小结64-67
• 5 改进型CPS-SPWM在开口变压器MMC中的应用67-75
• 5.1 基于开口变压器MMC的拓扑结构67-68
• 5.2 基于开口变压器MMC的基本原理68-70
• 5.3 仿真验证70-73
• 5.4 本章小结73-75
• 6 工作总结及展望75-77
• 6.1 本文工作总结75-76
• 6.2 研究工作展望76-77
• 参考文献77-83
• 作者简历83-87
• 学位论文数据集8

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1099649