本文關(guān)鍵詞：模塊化多電平變換器優(yōu)化控制技術(shù)研究　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：模塊化多電平變換器(modular multilevel converter,MMC)較傳統(tǒng)多電平拓?fù)渚哂薪Y(jié)構(gòu)高度模塊化、電壓和功率等級(jí)可靈活擴(kuò)展、控制靈活等諸多優(yōu)勢,自2001年提出以來便受到廣泛關(guān)注。本文以大功率電力傳動(dòng)作為應(yīng)用背景,在對MMC進(jìn)行建模分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)等基本工作的基礎(chǔ)上,結(jié)合MMC的變頻運(yùn)行和模型預(yù)測控制應(yīng)用兩方面內(nèi)容對其優(yōu)化控制技術(shù)展開研究。論文首先針對MMC進(jìn)行一些基礎(chǔ)工作。討論MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理;通過推導(dǎo)MMC的連續(xù)數(shù)學(xué)模型,分析其交流側(cè)及直流側(cè)特性。結(jié)合搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的需要,對MMC子模塊電容容值選取方法進(jìn)行設(shè)計(jì);同時(shí)為滿足MMC中大量開關(guān)器件的控制要求,設(shè)計(jì)基于三級(jí)硬件架構(gòu)的控制器系統(tǒng)。對MMC輸出N+1電平和2N+1電平兩種相電壓的調(diào)制方式進(jìn)行理論推導(dǎo),并結(jié)合子模塊統(tǒng)一脈寬調(diào)制及載波移相調(diào)制兩種較適合中壓MMC應(yīng)用場合的調(diào)制策略進(jìn)行具體分析�；诒疚脑O(shè)計(jì)的MMC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對上述兩種調(diào)制策略進(jìn)行實(shí)現(xiàn),驗(yàn)證調(diào)制策略理論分析及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的正確性。MMC用作交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)在低頻輸出工況存在電容電壓波動(dòng)加劇問題。本文通過對MMC各相上、下橋臂瞬時(shí)功率進(jìn)行建模分析該問題的本質(zhì)原因,進(jìn)而從維持MMC各相上、下橋臂瞬時(shí)功率動(dòng)態(tài)平衡的角度出發(fā),基于高頻共模電壓及環(huán)流注入方式提出一種低頻輸出工況下子模塊電容電壓波動(dòng)抑制方法。同時(shí),為在低開關(guān)頻率下優(yōu)化MMC的輸出諧波特性,基于2N+1電平載波移相調(diào)制策略和上述低頻輸出工況下子模塊電容電壓波動(dòng)抑制方法設(shè)計(jì)出一種MMC變頻運(yùn)行控制策略。為優(yōu)化MMC變頻運(yùn)行效果,研究上述低頻輸出工況下子模塊電容電壓波動(dòng)抑制方法的適用頻段及切換方式,以防止該方法用于低頻輸出以外工況時(shí)向MMC引入不必要的高頻環(huán)流及共模電壓,避免對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。為降低有限控制集模型預(yù)測控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略用于MMC控制時(shí)的計(jì)算量,提升其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,本文在推導(dǎo)MMC系統(tǒng)離散預(yù)測模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合FCS-MPC策略的控制原理分析既有FCS-MPC策略計(jì)算量龐大的原因。進(jìn)而從優(yōu)化控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方式和簡化滾動(dòng)優(yōu)化過程兩方面出發(fā)對算法進(jìn)行合理優(yōu)化,提出一種模型預(yù)測控制算法與電壓排序算法相結(jié)合的快速模型預(yù)測控制(fast model predictive control,FMPC)策略,并對該策略的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。該FMPC策略可在計(jì)算量得到大幅優(yōu)化的前提下滿足MMC交流側(cè)電流控制、環(huán)流交流分量抑制及子模塊電容電壓平衡等控制目標(biāo)的控制要求,同時(shí)可有效降低MMC輸出電壓的dv/dt。同其它FCS-MPC策略一樣,FMPC策略的器件開關(guān)頻率不固定,因此在電流控制度和采樣頻率不高時(shí)電流控制穩(wěn)態(tài)特性不如基于脈寬調(diào)制的傳統(tǒng)控制策略;而隨著電流控制度的增加,FMPC策略的電流控制精度逐漸變強(qiáng),同時(shí)器件平均開關(guān)頻率呈現(xiàn)出下降趨勢。上述特點(diǎn)使得FMPC策略較適用于子模塊數(shù)量較多的MMC系統(tǒng)。模型預(yù)測控制用于MMC整流器的電流控制內(nèi)環(huán)有助于簡化系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu),但電網(wǎng)電壓不平衡條件下采用FCS-MPC策略會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不佳。為改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能,本文向模型預(yù)測控制算法中引入調(diào)制環(huán)節(jié),提出一種能夠使器件開關(guān)頻率固定的調(diào)制型模型預(yù)測控制策略(modulated model predictive control,M2PC)。同時(shí),根據(jù)MMC各相交、直流側(cè)功率平衡設(shè)計(jì)基于二階廣義積分器的環(huán)流控制參考指令獲取方法,以保證在電網(wǎng)電壓不平衡條件下實(shí)現(xiàn)對MMC各相環(huán)流的準(zhǔn)確控制。在此基礎(chǔ)上,以電網(wǎng)電壓不平衡條件下維持直流側(cè)電壓恒定為控制目標(biāo),在αβ靜止坐標(biāo)系下基于M2PC設(shè)計(jì)MMC整流器優(yōu)化控制策略。通過對大功率仿真及小功率實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,證明M2PC較傳統(tǒng)FCS-MPC在網(wǎng)側(cè)電流控制、MMC內(nèi)部環(huán)流交流分量抑制方面均具有一定優(yōu)勢;基于M2PC的MMC整流器優(yōu)化控制策略可在電網(wǎng)電壓不平衡條件下保證系統(tǒng)獲得較好的穩(wěn)態(tài)性能,從而使得MMC整流器直流側(cè)電壓穩(wěn)定。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 公錚;伍小杰;戴鵬;;模塊化多電平換流器的快速電壓模型預(yù)測控制策略[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2017年01期

2 安樹民;張世秋;;《巴黎協(xié)定》下中國氣候治理的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略[J];環(huán)境保護(hù);2016年22期

3 胡存剛;芮濤;馬大俊;王群京;羅方林;;三電平ANPC逆變器中點(diǎn)電壓平衡和開關(guān)損耗減小的SVM控制策略[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2016年13期

4 吳瑕杰;熊成林;侯聶;馮曉云;;一種適用于任意電平數(shù)三相級(jí)聯(lián)H橋變換器的簡化多電平SVPWM算法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2016年10期

5 蔣曉娟;姜蕓;尹毅;孔祥海;;上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程研究[J];高電壓技術(shù);2015年04期

6 許建中;趙成勇;Aniruddha M.Gole;;模塊化多電平換流器戴維南等效整體建模方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年08期

7 公錚;伍小杰;王釗;戴鵬;;基于載波移相調(diào)制的模塊化多電平變換器變頻運(yùn)行控制[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年11期

8 劉普;王躍;叢武龍;雷萬鈞;;模塊化多電平換流器優(yōu)化模型預(yù)測控制策略研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年36期

9 王朝明;王華廣;王晴;;基于雙PI控制器的模塊化多電平變換器環(huán)流抑制策略[J];電網(wǎng)技術(shù);2014年10期

10 李亞男;蔣維勇;余世峰;鄒欣;;舟山多端柔性直流輸電工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];高電壓技術(shù);2014年08期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王衛(wèi)安;基于MMC的牽引網(wǎng)諧波和負(fù)序綜合治理技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2014年

2 熊橋坡;級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器及其負(fù)序補(bǔ)償若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2014年

3 朱思國;級(jí)聯(lián)型逆變器控制方法及其在高壓變頻領(lǐng)域應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王釗;NPC/H橋型五電平變流器控制策略研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

2 鄧慶偉;有源中點(diǎn)鉗位型五電平逆變器調(diào)制策略及其調(diào)速系統(tǒng)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

3 楊彩虹;大功率逆變電源串并聯(lián)技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

4 申斐斐;模塊化多電平變流器控制系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2012年

5 常志拓;基于多重化技術(shù)的大容量配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2012年

6 于德政;基于模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)的HVDC Light系統(tǒng)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：1311291