本文選題：模塊化多電平變換器 + 電容均壓��； 參考：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)在無(wú)功補(bǔ)償、有源電力濾波器、高壓直流輸電等領(lǐng)域的應(yīng)用,高壓大功率電力電子設(shè)備成為研究熱點(diǎn)。多電平變換器因其開關(guān)器件承受電壓低、電壓諧波含量低等優(yōu)點(diǎn),是目前解決高壓大功率變換最有效的方案之一。本文以模塊化多電平變換器(modular multilevel converter,MMC)為研究對(duì)象,圍繞調(diào)制策略、子模塊電容均壓控制策略及其優(yōu)化控制策略進(jìn)行了研究。本文對(duì)MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了介紹,并推導(dǎo)了MMC數(shù)學(xué)模型。分析了基于閉環(huán)均壓的載波移相調(diào)制策略和基于排序均壓的最近電平逼近調(diào)制策略,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。根據(jù)理論計(jì)算和仿真驗(yàn)證,從輸出諧波含量、基波特性以及動(dòng)態(tài)特性等方面進(jìn)行對(duì)比分析,指出相應(yīng)調(diào)制策略的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。為了減少最近電平逼近調(diào)制在電平數(shù)較少的低次諧波含量,采用統(tǒng)一脈寬調(diào)制進(jìn)行優(yōu)化。然而該方法仍采用傳統(tǒng)的排序均壓算法并未考慮降低開關(guān)頻率和控制器的負(fù)擔(dān)。為進(jìn)一步優(yōu)化算法,采用了基于統(tǒng)一脈寬調(diào)制的優(yōu)化均壓策略,該方法不需要對(duì)子模塊電容電壓進(jìn)行排序,還通過(guò)設(shè)置子模塊電容電壓閾值,從而避免頻繁地投切開關(guān)器件,使其適用于子模塊數(shù)較多的場(chǎng)合。為保證電容均壓和抑制環(huán)流,常規(guī)控制方法一般與PI調(diào)節(jié)器結(jié)合,導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)參數(shù)整定困難、控制滯后等缺點(diǎn)。本文介紹了模型預(yù)測(cè)控制(model predictive control,MPC),該方法具有響應(yīng)速度快、跟蹤性能好、多變量控制等優(yōu)點(diǎn)。然而存在計(jì)算量大的問(wèn)題,現(xiàn)有的處理器很難滿足實(shí)時(shí)計(jì)算的要求。為此本文采用了優(yōu)化模型預(yù)測(cè)控制,通過(guò)對(duì)子模塊電容電壓排序以及電流方向來(lái)確定可能的開關(guān)狀態(tài)組合,有效降低了可能的開關(guān)狀態(tài)組合,大大降低系統(tǒng)的運(yùn)算量。這兩種方法都需要進(jìn)行復(fù)雜的加權(quán)系數(shù)整定過(guò)程,因此本文提出了基于MMC的滿意優(yōu)化預(yù)測(cè)控制(satisfying-optimized predictive control,SOPC)。仿真驗(yàn)證了SOPC具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。最后在MMC實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對(duì)本文所采用的優(yōu)化控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果驗(yàn)證了本文所用方法是有效的。
[Abstract]:With the application of power electronics technology in reactive power compensation, active power filter, HVDC transmission and other fields, high-voltage high-power electronic equipment has become a research hotspot. Multilevel converter is one of the most effective solutions to high voltage and high power conversion because of its advantages of low voltage and low voltage harmonic content. In this paper, the modularized multilevel converter (Modular multilevel convertor MMC) is studied, and the modulation strategy, submodule capacitive voltage equalizing control strategy and its optimal control strategy are studied. This paper introduces the topology and working principle of MMC, and deduces the mathematical model of MMC. The carrier phase shift modulation strategy based on closed loop voltage sharing and the nearest level approach modulation strategy based on sorting voltage are analyzed and verified by simulation. According to theoretical calculation and simulation verification, this paper compares and analyzes the output harmonic content, fundamental wave characteristics and dynamic characteristics, and points out the advantages and disadvantages and applicable range of the corresponding modulation strategy. In order to reduce the low order harmonic content of the nearest level approximation modulation, the unified pulse width modulation is used to optimize it. However, the traditional equalization algorithm is not used to reduce the switching frequency and the burden of the controller. In order to further optimize the algorithm, an optimal voltage sharing strategy based on uniform pulse width modulation is adopted. The method does not need to sort the capacitance voltage of the submodule, and by setting the threshold of the capacitor voltage of the submodule, the device is avoided to be cut off frequently. Make it suitable for the situation where the number of submodules is more. In order to ensure capacitor voltage equalization and restrain circulation, the conventional control method is usually combined with Pi regulator, which leads to the difficulty of parameter setting and the control lag of the control system. This paper introduces the model predictive control (MPC), which has the advantages of fast response, good tracking performance and multivariable control. However, the existing processors are difficult to meet the requirements of real-time computing because of the large amount of computation. In this paper, the optimal model predictive control is used to determine the possible switch state combination by ordering the capacitor voltage and the current direction of the sub-module, which can effectively reduce the possible switching state combination and greatly reduce the system operation. Both of these two methods need to perform complex weighting coefficient tuning process. Therefore, a satisfactory optimal predictive control based on MMC is proposed in this paper, which is satisfied with fying-optimized predictive control. Simulation results show that SOPC has good steady-state and dynamic characteristics. Finally, the optimal control strategy used in this paper is verified by the MMC experimental prototype, and the results show that the proposed method is effective.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM46

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本文編號(hào)：1910558