本文選題：電力電子變壓器 + 模塊化多電平��； 參考：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著社會的不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)在系統(tǒng)規(guī)模、電源形式和負荷種類上發(fā)生了巨大的變化,傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足這些要求,電力電子變壓器應運而生。其中三級結構的電力電子變壓器因具有直流端,便于新能源接入,可行性高,功能齊全,控制簡單等優(yōu)點而被廣泛應用。應用于電力電子變壓器的多種拓撲結構中,模塊化多電平因易于擴展、便于冗余設計、開關頻率低、開關損耗少、波形質量高等優(yōu)勢被認為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ亩嚯娖酵負浣Y構,將其應用在電力電子變壓器中為中高壓大容量輸電系統(tǒng)提供了很好的解決方案。但MMC調制策略的選擇問題、電容電壓不平衡問題、內部環(huán)流抑制等問題均有待研究。本文以電力電子變壓器為研究背景,將模塊化多電平應用到其輸入級,研究其工作原理、調制策略、電容電壓平衡策略和環(huán)流抑制策略,并對其進行仿真分析與實驗驗證,具體安排如下:首先,介紹了模塊化多電平變換器的SM模塊工作原理和三相MMC工作原理,并建立了數(shù)學模型。在數(shù)學模型的基礎上列出了其三相電壓電流、模塊電容電壓、橋臂電壓電流和直流側電壓電流的關系,為后面控制器的設計提供了有力保障。分析對比了模塊化多電平的幾種常用調制策略,并選用載波移相脈寬調制方式作為本課題的調制方式。其次,在基于同步旋轉坐標系的系統(tǒng)數(shù)學模型基礎上,進行了 MMC控制器的設計,并在電流內環(huán)的基礎上加入了電壓外環(huán)以穩(wěn)定直流側輸出電壓。分析了模塊電容電壓不平衡的原因,對比了幾種電容電壓平衡控制方法,選用電壓閉環(huán)的控制方法。本文用PIR控制器替換傳統(tǒng)控制策略中的PI控制器應用到控制方法中,以提高波形質量。在理論分析的基礎上利用MATLAB/SIMULINK搭建三相五電平仿真模型,驗證所提控制策略的有效性。再次,分析了相間環(huán)流產(chǎn)生的原因,并通過公式推導分析得出環(huán)流中的諧波成分。分析對比了幾種環(huán)流抑制方法的優(yōu)劣,提出了一種基于二倍頻負序旋轉坐標變換和四倍頻正序旋轉坐標變換的環(huán)流抑制方法,該方法能同時抑制二、四次環(huán)流,并通過仿真驗證了所提環(huán)流抑制策略的有效性。最后,搭建了三相三電平MMC實驗平臺,對MMC主電路參數(shù)設計和輔助電路設計進行了介紹,設計了基于DSP+FPGA的主從式控制系統(tǒng)并通過實驗驗證了本文所用控制策略的有效性。
[Abstract]:With the continuous development of the society, the power system has undergone tremendous changes in the system size, power supply form and load type. The traditional power system can no longer meet these requirements, power electronic transformers came into being. The three-stage power electronic transformer is widely used because of its advantages such as DC terminal, convenient access to new energy, high feasibility, complete function, simple control and so on. In the application of various topologies of power electronic transformers, modularized multilevel is easy to expand, easy to design redundancy, low switching frequency and low switching loss. High waveform quality is considered to be the most promising multi-level topology, and its application in power electronic transformers provides a good solution for medium-high voltage and large-capacity transmission systems. However, the problems of MMC modulation strategy selection, capacitance voltage imbalance, internal circulation suppression and so on need to be studied. In this paper, based on the power electronic transformer, the modularized multilevel is applied to its input stage, and its working principle, modulation strategy, capacitive voltage balance strategy and circulation suppression strategy are studied, and the simulation analysis and experimental verification are carried out. The details are as follows: firstly, the principle of SM module and three-phase MMC of modularized multilevel converter are introduced, and the mathematical model is established. Based on the mathematical model, the relationships among three-phase voltage and current, module capacitance voltage, bridge arm voltage and DC voltage and current are listed, which provide a strong guarantee for the design of the controller. Several modularized multilevel modulation strategies are analyzed and compared, and carrier phase-shifted pulse width modulation is selected as the modulation mode in this paper. Secondly, based on the mathematical model of synchronous rotating coordinate system, the design of MMC controller is carried out, and the voltage outer loop is added to stabilize the output voltage of DC side on the basis of current inner loop. This paper analyzes the reason of the module capacitor voltage imbalance, compares several capacitive voltage balance control methods, and selects the voltage closed loop control method. In this paper, the PIR controller is used to replace the Pi controller in the traditional control strategy to improve the waveform quality. Based on the theoretical analysis, a three-phase five-level simulation model is built by MATLAB / Simulink to verify the effectiveness of the proposed control strategy. Thirdly, the causes of the interphase circulation are analyzed, and the harmonic components in the circulation are obtained by formula derivation. In this paper, the advantages and disadvantages of several current suppression methods are analyzed and compared, and a new method is proposed, which is based on the negative sequence rotation coordinate transformation of the second harmonic frequency and the rotation coordinate transformation of the positive sequence of the fourth harmonic frequency. This method can suppress the second and fourth circulation simultaneously. The effectiveness of the proposed strategy is verified by simulation. Finally, a three-phase three-level MMC experimental platform is built, and the design of MMC main circuit parameters and auxiliary circuits is introduced. The master-slave control system based on DSP FPGA is designed and the effectiveness of the control strategy is verified by experiments.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM41

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本文編號：2069760