【摘要】：模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)自2002年首次被提出以來(lái),相比于傳統(tǒng)多電平變換器因其諸多優(yōu)勢(shì)獲得了廣泛的應(yīng)用。高度模塊化的結(jié)構(gòu),使其具有良好的拓展性,能夠很容易地適應(yīng)高壓大功率輸電場(chǎng)合;輸出電壓電平數(shù)目較高,使其具有良好的電壓電流波形質(zhì)量;模塊數(shù)目較多以及其特殊的控制方式,使其開關(guān)頻率和開關(guān)損耗較低。因此MMC非常適合在高壓直流輸電(High Voltage Direct Current,HVDC)場(chǎng)合使用。復(fù)雜的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致MMC的數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)多輸入多輸出且非線性的特點(diǎn),并且在運(yùn)行過(guò)程中需要完成諸如輸出電壓或電流控制、環(huán)流抑制、子模塊電容電壓平衡等多個(gè)目標(biāo)的控制,在電網(wǎng)不平衡的場(chǎng)合下控制目標(biāo)甚至?xí)�。因此良好的控制策略�?duì)于MMC的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)運(yùn)行都顯得尤為重要。模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control,MPC)具有可以直接處理多變量、多系統(tǒng)約束、以及非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)。因此,模型預(yù)測(cè)控制非常適合于MMC的應(yīng)用場(chǎng)合。本文以應(yīng)用于HVDC的MMC為背景,在對(duì)MMC建立離散數(shù)學(xué)模型、分析調(diào)制策略等基本工作的基礎(chǔ)上,主要針對(duì)于MMC的模型預(yù)測(cè)控制中的價(jià)值函數(shù)設(shè)計(jì)方法、MPC算法的計(jì)算量以及MPC動(dòng)態(tài)控制效果的優(yōu)化做了以下研究:本文首先討論了MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本運(yùn)行原理;在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了MMC的單相等效連續(xù)域數(shù)學(xué)模型和離散域數(shù)學(xué)模型。結(jié)合其運(yùn)行原理,對(duì)于應(yīng)用于HVDC的MMC的兩種最常見的調(diào)制方式做了討論。對(duì)于目前應(yīng)用于電力電子變換器的模型預(yù)測(cè)控制方法做了簡(jiǎn)要的介紹,討論了應(yīng)用于MMC的模型預(yù)測(cè)控制的基本方法和價(jià)值函數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程。基于MMC內(nèi)部環(huán)流的形成機(jī)理以及橋臂電流中的二次諧波與輸出電流基波的幅值和相位關(guān)系,提出一種優(yōu)化的適用于MMC的MPC價(jià)值函數(shù)權(quán)重設(shè)計(jì)方法,仿真驗(yàn)證了其有效性。對(duì)現(xiàn)有的幾種典型的應(yīng)用于MMC的有限控制集MPC方法進(jìn)行了比較,提出了節(jié)省計(jì)算量的N+1電平間接MPC,將該方法拓展至2N+1電平的應(yīng)用場(chǎng)合下,并將該方法與其他方法相比較。對(duì)于其動(dòng)態(tài)性能方面,提出了兩種優(yōu)化方法。在MATLAB/Simulink的環(huán)境下,搭建了多子模塊三相MMC模型,對(duì)上述理論進(jìn)行仿真驗(yàn)證和分析。搭建了單相MMC實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)于上述提出的理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析。驗(yàn)證了新提出的MPC的穩(wěn)態(tài)性能和應(yīng)用兩種動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的MPC的動(dòng)態(tài)性能。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2731604