相比傳統(tǒng)模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter,MMC）,混合模塊化多電平變換器（Hybrid Modular Multilevel Converter,HMMC）由于具有直流短路故障自隔離功能,在高壓直流輸電領(lǐng)域的應用前景廣闊,因此受到了廣泛的研究。本文以HMMC為研究對象,重點研究其模型預測控制,改善控制的性能,并基于模型預測控制對直流短路故障檢測和穿越控制進行優(yōu)化。本文研究了HMMC的拓撲結(jié)構(gòu)并推導其數(shù)學模型,在此基礎(chǔ)上對統(tǒng)一脈寬調(diào)制和排序均壓算法進行闡述,討論其在直流短路故障期間的變化。并搭建以RT-LAB實時仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)的半實物實驗平臺,簡要闡述平臺的結(jié)構(gòu)。為解決現(xiàn)有戴維南等效模型只對半橋和全橋子模塊進行建模的問題,本文在學習戴維南等效原理的基礎(chǔ)上,建立一種HMMC的戴維南等效模型,將半橋和全橋子模塊整合在一起進行等效,簡化了模型的結(jié)構(gòu),節(jié)約了仿真時間,并結(jié)合調(diào)制策略和均壓方法仿真驗證了等效模型的精確性。模型預測控制（Model Predictive Control,MPC）是本文的主要研究內(nèi)容,針對其存在的環(huán)流控制在不同應用場合控制效... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

HMMC及其子模塊的拓撲結(jié)構(gòu)

如圖2-1(a)所示,三相HMMC由三個相同的相單元(用j表示,j=a,b,c)組成,每個相單元分為上、下兩個橋臂(用r表示,r=p,n,p代表上橋臂,n代表下橋臂),每個橋臂由N個子模塊、一個橋臂電感L和一個橋臂等效電阻R串聯(lián)組成,N個子模塊中有F個全橋子模塊(SM1~SMF),H(H=N-F)個半橋子模塊(SMF+1~SMN)。半橋子模塊由電容C和一個半橋拓撲并聯(lián)構(gòu)成,uch是半橋子模塊的電容電壓,uh是半橋子模塊的輸出電壓,如圖2-1(b)所示;全橋子模塊由電容C和一個全橋拓撲并聯(lián)構(gòu)成,ucf是全橋子模塊的電容電壓,uf是全橋子模塊的輸出電壓,如圖2-1(c)所示。+Udc/2和-Udc/2分別是HMMC直流側(cè)正極和負極的電壓,irj是各橋臂的橋臂電流,uj和ij分別是交流相電壓和交流相電流。子模塊是HMMC的基本組成單位,通過對其開關(guān)管進行控制,子模塊能夠輸出不同的電壓,進而組成不同的橋臂電壓和交流電壓,實現(xiàn)對整個換流器功率流動的控制。半橋子模塊的工作狀態(tài)如圖2-2所示,圖中,iarm為橋臂電流,定義其正方向為流入子模塊的方向,圖中的虛線表示電流流動的通路。由圖可知,半橋子模塊共有導通、旁路、閉鎖三種工作狀態(tài),其中,導通和旁路是正常工作狀態(tài),閉鎖是非正常工作狀態(tài)。進一步分析可知,子模塊的輸出電壓和電容電壓與其工作狀態(tài)以及橋臂電流的方向有著密切的關(guān)系,為了方便學習,本文將半橋子模塊在不同工作狀態(tài)下的開關(guān)管情況、輸出電壓情況和電容電壓變化情況整理到表2-1中。

式中,npj和nnj分別表示上、下橋臂處于導通狀態(tài)的子模塊個數(shù),其取值范圍是-F~N,負值表示處于反向?qū)顟B(tài)的全橋子模塊個數(shù),正值表示處于導通狀態(tài)的半橋子模塊和處于正向?qū)顟B(tài)的全橋子模塊的總個數(shù)。ucpj_av和ucnj_av分別表示上、下橋臂子模塊電容電壓的平均值,若子模塊電容電壓完全均衡,則可近似認為ucrj_av≈Uc_re,Uc_re是子模塊電容電壓給定值,Uc_re=Udc_re/N,Udc_re是直流電壓給定值,因此橋臂輸出電壓的范圍可近似認為-FUc_re~NUc_re。結(jié)合圖2-4,根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得到HMMC的電壓、電流關(guān)系為:


本文編號：3346621