基于MMC的电机拖动系统控制策略研究

发布时间：2017-10-29 09:05

  本文关键词：基于MMC的电机拖动系统控制策略研究

  更多相关文章： 模块化多电平换流器 电容电压控制 电容电压波动 冗余模块配置 电机拖动系统 预充电 PSCAD

【摘要】：随着社会经济的高速发展,人们对电能的需求量日益增加,合理利用电能也变得更加迫切。电机拖动系统的用电量在全社会用电总量中占了较大比重,研究合理的拓扑结构以其高效的控制方法对于节约电能是有着重要意义的,而模块化多电平换流器(MMC)凭借其在多电平领域的诸多优势,受到了专家学者们的广泛关注,将其应用到电机控制领域将是一个不错的思路。首先,根据模块化多电平换流器的电路结构及其子模块的工作状态,建立了等效电路,详细阐述了工作原理和子模块电容电压的控制方法,并推导得到了子模块电容电压和环流表达式,在此基础上,深入研究了减小子模块电容电压波动幅度的方法和优化MMC冗余模块配置的方法。其次,确定了基于MMC的电机拖动系统的拓扑结构,研究了整流侧MMC和逆变侧MMC的控制方法,在此基础上,详细叙述了模块化多电平换流器的预充电方法,并提出了一种快速、有效且适用于背靠背式MMC换流器结构的预充电方法。然后,在PSCAD软件中搭建了基于MMC的电机拖动系统的仿真模型,结果表明：当充电时,充电瞬间的冲击电流小,且所有子模块电容电压快速、平衡上升到目标值；当正常运行时,整流侧功率因数高,且输出波形质量较好,而逆变侧带电机负载工作,动态响应速度快,子模块电容电压稳定,从而验证了控制方法的可行性。最后,确定了控制系统的整体框架结构,并对其进行了软硬件设计,搭建了三相实验平台,完成了样机实验,分析实验结果验证了拓扑结构和控制方法的可行性和有效性。
【关键词】：模块化多电平换流器 电容电压控制 电容电压波动 冗余模块配置 电机拖动系统 预充电 PSCAD
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM921
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 多电平发展概述8-11
• 1.2.1 二极管钳位型换流器9-10
• 1.2.2 电容钳位型换流器10
• 1.2.3 H桥级联型换流器10-11
• 1.3 模块化多电平换流器概述11
• 1.4 电机控制策略概述11-13
• 1.4.1 V/F控制11
• 1.4.2 矢量控制11-12
• 1.4.3 直接转矩控制12-13
• 1.5 课题主要研究内容13-14
• 第二章 模块化多电平换流器14-58
• 2.1 模块化多电平换流器电路结构14-15
• 2.2 模块化多电平换流器运行机理15-16
• 2.3 模块化多电平换流器电容电压控制方法16-30
• 2.3.1 基于电容电压排序的直接调制方法16-17
• 2.3.2 基于载波移相的分层控制方法17-24
• 2.3.3 仿真分析与验证24-30
• 2.4 模块化多电平换流器电容电压波动与环流分析30-39
• 2.4.1 等效开关函数30-31
• 2.4.2 电容电压波动31-32
• 2.4.3 环流分析32-35
• 2.4.4 二次环流计算35-37
• 2.4.5 仿真分析与验证37-39
• 2.5 模块化多电平换流器低频控制方法39-49
• 2.5.1 正弦波法40-42
• 2.5.2 方波法42-43
• 2.5.3 占空比法43
• 2.5.4 仿真分析与验证43-49
• 2.6 模块化多电平换流器模块冗余配置方法49-56
• 2.6.1 模块冗余保护方案50
• 2.6.2 模块冗余配置方法50-56
• 2.7 本章小结56-58
• 第三章 基于MMC的电机拖动系统设计58-68
• 3.1 基于MMC的电机拖动系统拓扑结构58
• 3.2 基于MMC的电机拖动系统控制策略58-64
• 3.2.1 MMC整流侧的控制策略58-60
• 3.2.2 MMC逆变侧的控制策略60-64
• 3.3 基于MMC的电机拖动系统预充电方法64-67
• 3.3.1 MMC传统预充电方法64-66
• 3.3.2 MMC简化预充电方法66-67
• 3.4 本章小结67-68
• 第四章 基于MMC的电机拖动系统仿真分析68-78
• 4.1 基于MMC的电机拖动系统预充电方法仿真68-70
• 4.2 基于MMC的电机拖动系统控制策略仿真70-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第五章 基于MMC的电机拖动系统实验研究78-94
• 5.1 控制系统的整体框架78-79
• 5.2 控制系统的软硬件设计79-84
• 5.2.1 控制系统的软件设计79-83
• 5.2.2 控制系统的硬件设计83-84
• 5.3 样机与实验结果84-93
• 5.3.1 样机参数84
• 5.3.2 实验结果84-93
• 5.4 本章小结93-94
• 第六章 总结与展望94-96
• 6.1 总结94-95
• 6.2 展望95-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-101
• 附录101-102

【参考文献】

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本文编号：1112284