模块化多电平变换器最近电平控制分析及改进措施研究

发布时间：2017-09-29 09:05

  本文关键词：模块化多电平变换器最近电平控制分析及改进措施研究

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【摘要】：模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)拥有高度模块化结构,优越的冗余设计及控制性能,很强的不平衡运行能力,良好的故障穿越及黑启动能力,较低的器件应力等优点,并且在高压柔性直流输电、电能质量治理、中高压大功率的电机驱动等高压大功率领域具有广阔的应用前景。本文以MMC调制技术为主要研究对象,对最近电平控制(Nearest Level Control,NLC)方法进行了深入的分析和研究。本文采用等效模型的方法,介绍了模块化多电平变换器的工作原理。推导了NLC方法下MMC等效交流输出电压表达式,并对其进行了深入的分析,具体如下:(1)针对等效交流输出电压电平数分段解析表达式不够完善的问题,推导了电平数关于控制系统的采样频率、子模块数、交流电压调制比的完整的解析表达式。并采用数值计算的方法,对电平数特性进行了分析,得到了NLC控制方法下采样频率选取的理论依据。(2)对输出电压波形进行了傅里叶分析,推导了基波、谐波详细计算的解析表达式,并根据输出波形基频周期内呈现负对称的特性,对其进行了简化,得到了基波、谐波简化计算的解析表达式。根据基波、谐波的解析表达式,采用数值计算的方法,分析了输出波形的谐波特性以及THD的大小。(3)对于子模块数不多的场合,NLC方法存在着输出波形谐波含量大,子模块电容电压波动幅值大等问题。因此提出了两种改进方法:一种是基于电平取整值增多的方法,即在常规NLC取整值中加入0.5的小数分量的方法;另一种是基于电平数增多的方法,即在桥臂电感上加入0.5个电平的方法。两种方法都能增加输出波形电平数,从而有效减小谐波含量。对上述NLC的分析及改进方法进行了仿真验证,并搭建了单相16模块的MMC整流器,进行了相关的实验,验证了MMC的基本原理以及改进型NLC方法的可行性。
【关键词】：模块化多电平变换器 调制 最近电平控制 电平数 总谐波畸变
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 多电平变换器的拓扑结构介绍10-14
• 1.3 模块化多电平变换器研究现状14-15
• 1.4 模块化多电平变换器调制方法介绍15-17
• 1.5 本文研究内容17-19
• 2 模块化多电平变换器原理分析19-30
• 2.1 模块化多电平变换器拓扑结构19-20
• 2.2 子模块结构与原理20-24
• 2.3 MMC工作原理24-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 MMC最近电平控制(NLC)的相关分析30-50
• 3.1 模块化多电平变换器NLC简介30-32
• 3.2 NLC输出波形电平数的分析32-41
• 3.3 NLC输出波形THD分析41-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 NLC方法的改进50-68
• 4.1 子模块不多的场合下NLC方法存在的问题51-53
• 4.2 电平取整值增多的NLC改进方法53-57
• 4.3 电平数增多的NLC改进方法57-67
• 4.4 本章小结67-68
• 5 单相MMC整流器的实验验证68-88
• 5.1 单相MMC整流器主电路设计68-74
• 5.2 硬件控制系统设计74-79
• 5.3 实验79-87
• 5.4 本章小结87-88
• 6 全文总结与展望88-90
• 6.1 全文总结88-89
• 6.2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-97
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录97-98
• 附录2 实验平台实物图98

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本文编号：941128