模块化多电平变换器及其控制策略的研究

发布时间：2018-07-29 09:14

【摘要】：随着电力电子技术的飞速发展,多电平变换器及其相关技术的研究已逐渐成为高压大功率电力应用领域的研究热点。模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter)作为一种新型的多电平变换器拓扑结构,以其独特的结构优势,克服了传统多电平变换器的不足,其模块化结构具有良好的可扩展性,易于扩展到较高的电压等级和功率水平。在高压直流输电、无功补偿等对电压和功率等级要求较高的场合具有良好的应用潜力。本文针对MMC的控制策略和基于MMC的高压直流输电系统的控制策略进行了深入研究和分析,主要内容包括:(1)本文首先分析了MMC的拓扑结构、工作原理,建立MMC的数学模型,分析了MMC的四象限运行原理和环流特性。(2)提出了MMC的两种预充电控制方法,解决了直流电容电压的初始化问题,分析了载波移相控制策略和电容电压排序控制策略的工作原理,并从输出相电压THD、电容电压波动等指标对两种控制策略进行比较,通过仿真结果证明两种控制策略具有良好的稳态特性,实现了直流电容电压的稳定平衡控制。(3)分析了模糊PI控制器的结构和原理,设计了基于模糊PI控制器的双闭环矢量控制的MMC-HVDC系统,通过仿真分析证明了各种工况下,采用模糊PI控制器时间调节速度和系统动稳态性能有了很大提高。(4)分析了MMC-HVDC系统的控制结构,在同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC系统的数学模型,并提出了适合MMC-HVDC系统的控制策略,设计了基于双闭环矢量控制的内环电流控制器和外环电压控制器。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件,搭建了连接两端有源网络的MMC-HVDC仿真模型,通过分析各种工况下的仿真结果,证明了所建系统具有良好的稳态性能及动态响应特性。
[Abstract]:With the rapid development of power electronics technology, the research of multilevel converter and its related technology has gradually become the research hotspot in the field of high-voltage and high-power application. As a new topology of multilevel converter, modularized multilevel converter (Modular Multilevel Converter) overcomes the shortcomings of traditional multilevel converter with its unique structural advantages, and its modularized structure has good scalability. Easy to extend to higher voltage levels and power levels. It has good application potential in high voltage DC transmission, reactive power compensation and high demand for voltage and power level. In this paper, the control strategy of MMC and the control strategy of HVDC system based on MMC are deeply studied and analyzed. The main contents are as follows: (1) in this paper, the topology and working principle of MMC are analyzed, and the mathematical model of MMC is established. The four-quadrant operation principle and circulation characteristics of MMC are analyzed. (2) two precharge control methods of MMC are proposed to solve the initialization problem of DC capacitor voltage, and the working principles of carrier phase shift control strategy and capacitor voltage sequencing control strategy are analyzed. The two control strategies are compared in terms of output phase voltage THD and capacitance voltage fluctuation. The simulation results show that the two control strategies have good steady-state characteristics. The stable balance control of DC capacitor voltage is realized. (3) the structure and principle of fuzzy Pi controller are analyzed, and the MMC-HVDC system of double closed loop vector control based on fuzzy Pi controller is designed. Using fuzzy Pi controller to adjust the speed and the dynamic and steady performance of the system has been greatly improved. (4) the control structure of the MMC-HVDC system is analyzed, the mathematical model of the MMC-HVDC system is established in the synchronous rotating coordinate system, and the control strategy suitable for the MMC-HVDC system is proposed. Inner loop current controller and outer loop voltage controller based on double closed loop vector control are designed. Finally, based on the Matlab/Simulink simulation software, the MMC-HVDC simulation model connecting the two ends of active network is built. The simulation results under various operating conditions show that the system has good steady-state performance and dynamic response characteristics.
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46

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本文编号：2152211