本文關(guān)鍵詞：模塊化多電平矩陣變換器控制策略研究

  更多相關(guān)文章： 模塊化多電平矩陣變換器 電容電壓平衡控制 低頻包絡(luò)線 高頻共模量

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)、中高壓電機驅(qū)動等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,模塊化多電平變換器(MMC)諧波含量低、模塊化程度高、無需大量鉗位器件的優(yōu)勢愈加凸顯,因此近年來成為各國學(xué)者研究的熱點。但MMC也存在一定的局限,比如存在固有的直流故障缺陷以及在交交變換領(lǐng)域需要中間直流變換環(huán)節(jié)。模塊化多電平矩陣變換器(MMMC)結(jié)合了MMC與矩陣變換器的雙重優(yōu)勢,可以直接進行交-交變換節(jié)省橋臂數(shù)量,具備四象限運行能力,可以實現(xiàn)任意頻率、相位輸出,在高壓直流輸電、電機調(diào)速及電力電子變壓器等場合將發(fā)揮重要作用。MMMC拓撲結(jié)構(gòu)具有很強的開放性,MMC可以看作MMMC的一個特例,但MMMC是直接交-交變換,因此頻率關(guān)系更為復(fù)雜,子模塊電容電壓平衡控制也更加困難。本文首先介紹了MMMC各種拓撲的基本結(jié)構(gòu)及研究現(xiàn)狀,以2相/3相MMMC為重點研究對象,進行穩(wěn)態(tài)條件下工作原理分析,得到電容電壓紋波的波動規(guī)律。按照子模塊-N子模塊橋臂單元的順序,建立開關(guān)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型和小信號模型,簡化得到傳遞函數(shù)用于控制系統(tǒng)閉環(huán)設(shè)計。從穩(wěn)態(tài)情況下瞬時功率分析出發(fā),在揭示波動功率來源的基礎(chǔ)上,按照頻率范圍分成常規(guī)頻率工況、輸出低頻工況、輸入輸出接近同頻工況,并分別提出相應(yīng)的控制策略。對常規(guī)頻率工況,采用橋臂電流直接控制和電容電壓層次化控制雙閉環(huán)設(shè)計方法,無需附加的環(huán)流抑制。對輸出低頻工況,以對低頻波動功率來源分析為基礎(chǔ),采用包絡(luò)線法,利用比例諧振控制器在相間電容電壓控制層次中提取波動幅值較大的輸出二倍頻紋波電壓,得到跟隨低頻波動功率的環(huán)流并投入到閉環(huán)反饋控制,無需額外功率實現(xiàn)紋波電壓無靜差控制。該方法具有很強的推廣性和普適性,對其他模塊化多電平拓撲結(jié)構(gòu)研究有極大的參考價值。對輸入輸出接近同頻工況,提出在輸出電壓中注入高頻共模電壓和在橋臂電流中加入相同頻率零序電流的方法,重構(gòu)后的橋臂功率脈動在較高頻率,大大降低了子模塊電容電壓波動幅值,并且設(shè)計了控制框圖可以直接得到共模量,免去復(fù)雜計算,實時跟蹤波動功率。針對三種工況,分別設(shè)計了Matlab/ Simulink仿真模型,驗證了所提抑制紋波電壓波動方法的正確性與有效性,并具有良好的動靜態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：模塊化多電平矩陣變換器 電容電壓平衡控制 低頻包絡(luò)線 高頻共模量
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 符號說明11-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 傳統(tǒng)多電平變換器13-16
• 1.2.1 二極管鉗位型多電平變換器13-14
• 1.2.2 飛跨電容型多電平變換器14-15
• 1.2.3 級聯(lián)H橋型多電平變換器15-16
• 1.3 模塊化多電平變換器16-19
• 1.4 模塊化多電平矩陣變換器19-22
• 1.4.1 發(fā)展歷程19-20
• 1.4.2 研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 本文的研究內(nèi)容22-24
• 第2章 MMMC工作原理與建模分析24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 拓撲結(jié)構(gòu)24-27
• 2.3 基本原理27-29
• 2.4 建模分析29-35
• 2.4.1 子模塊建模分析29-32
• 2.4.2 橋臂建模分析32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 常規(guī)頻率下MMMC控制策略36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 功率穩(wěn)態(tài)分析36-38
• 3.3 電壓電容紋波穩(wěn)態(tài)分析38-39
• 3.4 層次化電容電壓平衡控制方法39-49
• 3.4.1 電容電壓平均值控制理論40-42
• 3.4.2 電流控制策略42-43
• 3.4.3 電容電壓控制策略43-48
• 3.4.4 總體控制策略框圖48-49
• 3.5 仿真驗證49-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 MMMC低頻運行時控制策略54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 低頻運行時紋波抑制54-60
• 4.2.1 低頻運行存在的問題54-57
• 4.2.2 低頻包絡(luò)線法57-59
• 4.2.3 低頻控制策略59-60
• 4.3 仿真驗證60-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 第5章 兩側(cè)趨于同頻運行時控制策略66-80
• 5.1 引言66
• 5.2 兩側(cè)趨于同頻運行時紋波抑制66-73
• 5.2.1 兩側(cè)趨于同頻運行時存在的問題66-68
• 5.2.2 高頻共模量注入法68-70
• 5.2.3 差頻控制策略70-73
• 5.3 仿真驗證73-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第6章 結(jié)論與工作展望80-82
• 參考文獻82-88
• 致謝88-90
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90-91
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表91

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