【摘要】：從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度出發(fā),以太陽能、風能等可再生能源為主的新能源發(fā)電技術成為研究的熱點。隨著現(xiàn)有技術的發(fā)展,基于電壓型模塊化多電平變換器的柔性直流輸電技術成為解決分布式電源并網(wǎng)的必然選擇。而控制系統(tǒng)又是整個柔性直流輸電系統(tǒng)的大腦和神經(jīng),因此本文以模塊化多電平變換器(MMC)的控制系統(tǒng)為研究核心,并結合實驗研究其控制策略。 本文結合現(xiàn)有的MMC柔性直流輸電實例,分析了MMC控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,總結出了現(xiàn)有MMC控制技術的典型控制系統(tǒng)結構,柔性直流輸電的控制系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)級控制、換流站級控制及換流閥級控制。并且針對典型的半橋子模塊型MMC拓撲,分析了背靠背MMC及其子模塊的工作原理,以及四象限運行情況,建立了其簡化等效模型以及MMC上橋臂小信號模型,方便后續(xù)控制策略的設計。 在現(xiàn)有研究技術層次化子模塊電容電壓平衡控制方法的基礎上,本文提出了一種基于橋臂電流直接控制的MMC綜合控制策略,并將其應用于由整流側和逆變側組成的背靠背MMC系統(tǒng),整流側負責直流母線電壓穩(wěn)定控制,逆變側負責并網(wǎng)控制。并以電流內(nèi)環(huán)的控制框圖以及調(diào)節(jié)器設計為例,詳細介紹了MMC控制系統(tǒng)的設計過程；針對整流側MMC本文還提出了一種有功電流前饋方案,增加了有功電流的動態(tài)響應速度,提高了系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。為了進行MMC實驗的研究,本文研制了一套四個子模塊的三相背靠背MMC實驗平臺。控制系統(tǒng)由主控制器、輔助控制器和子模塊控制器三級控制組成,其中主控制器采用TI最新的集ARM和DSP的雙核芯片F(xiàn)28M35。其中包含M3核和C28核,M3核主要用于實現(xiàn)與上位機的通信,將MMC的工作狀態(tài)信息及時的發(fā)送到上位機進行顯示,同時接收上位機的指令；C28核主要用于實現(xiàn)核心控制算法以及與FPGA的通信。FPGA作為輔助控制器主要實現(xiàn)載波移相以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生各個子模塊的PWM信號,串行接收子模塊控制器的電容電壓反饋值,轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)據(jù)供DSP調(diào)用。 在實驗平臺的調(diào)試過程中,本文首先利用PSIM仿真驗證了MMC綜合控制策略的有效性；然后利用此控制策略進行了半實物仿真系統(tǒng)的調(diào)試,利用已經(jīng)調(diào)試成功的半實物仿真系統(tǒng)進行控制系統(tǒng)的調(diào)試；最后利用已經(jīng)調(diào)試成功的控制系統(tǒng)進行強電主回路的調(diào)試,至此整個實驗平臺調(diào)試成功。就可以利用整個實驗平臺進一步進行模塊化多電平變換器的一系列實驗研究,為控制策略的研究提供了很好的實驗平臺。實驗結果證明了此實驗平臺的實用性以及所述MMC綜合控制策略的有效性。
[Abstract]:From the point of view of sustainable development strategy, the new energy power generation technology, which is dominated by solar energy, wind energy and other renewable energy, has become a hot research topic. With the development of existing technology, flexible DC transmission technology based on voltage source modular multilevel converter has become an inevitable choice to solve the problem of distributed power supply connected to the grid. The control system is the brain and nerve of the whole flexible HVDC system, so this paper takes the control system of modular multilevel converter (MMC) as the research core, and studies its control strategy with experiments. Based on the existing examples of MMC flexible HVDC, this paper analyzes the research status of MMC control system, and summarizes the typical control system structure of MMC control technology. the control system of flexible HVDC mainly includes system level control, converter station level control and converter valve level control. Aiming at the typical half-bridge submodule MMC topology, the working principle of back-to-back MMC and its sub-modules, as well as the operation of four quadrants are analyzed, and its simplified equivalent model and MMC upper bridge arm small signal model are established to facilitate the design of subsequent control strategy. On the basis of the existing research on the capacitance voltage balance control method of the sub-module, this paper proposes a MMC comprehensive control strategy based on the bridge arm current direct control, and applies it to the back-to-back MMC system composed of rectifier side and inverter side. The rectifier side is responsible for DC bus voltage stability control, and the inverter side is responsible for grid-connected control. Taking the control block diagram of the current inner loop and the design of the regulator as an example, the design process of the MMC control system is introduced in detail, and a feedforward scheme of the active current is also proposed for the rectifier MMC, which increases the dynamic response speed of the active current and improves the rapidity and stability of the system. In order to carry out the research of MMC experiment, a set of three-phase back-to-back MMC experimental platform with four sub-modules is developed in this paper. The control system is composed of three levels of control: main controller, auxiliary controller and sub-module controller. The main controller adopts TI's latest dual-core chip F28M35, which integrates ARM and DSP. The M3 core is mainly used to realize the communication with the upper computer, and the working state information of MMC is sent to the upper computer for display in time, and the instructions of the upper computer are received at the same time. The C28 core is mainly used to realize the core control algorithm and communication with FPGA. FPGA, as an auxiliary controller, mainly realizes carrier phase shift and data conversion, generates the PWM signal of each sub-module, serially receives the capacitance voltage feedback value of the sub-module controller, and converts it into 16 bits of data for DSP call. In the debugging process of the experimental platform, this paper first uses PSIM simulation to verify the effectiveness of the MMC integrated control strategy; then uses this control strategy to debug the hardware-in-the-loop simulation system, and uses the hardware-in-the-loop simulation system that has been debugged to debug the control system; finally, the debugged control system is used to debug the strong electric main circuit, so that the whole experimental platform is debugged successfully. A series of experimental studies of modular multilevel converters can be carried out by using the whole experimental platform, which provides a good experimental platform for the research of control strategy. The experimental results show the practicability of the experimental platform and the effectiveness of the MMC integrated control strategy.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM46

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本文編號：2509619