模块组合多电平变换器（MMC）的控制策略研究

论文摘要

随着电力电子技术的不断发展,各种大功率开关器件的应用日益广泛。在高压大功率领域,大功率开关器件的功率处理能力和开关频率之间往往存在着矛盾。在功率开关器件没有本质突破的前提下,多电平变换器无疑是解决高压大功率变换的最好选择。本文在分析传统多电平变换器拓扑的基础上,重点对模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)的拓扑及其控制策略进行了深入的研究。本文首先概述了多电平变换器的主电路拓扑结构,通过对应用较广泛的几种适合多电平拓扑的调制技术如载波相移正弦脉宽调制技术、阶梯波脉宽调制技术、多载波PWM技术和空间适量调制技术等的对比分析,提出载波移相正弦脉宽调制技术更适合于本文所采用的模块组合多电平变换器拓扑。本文详细分析了MMC的拓扑结构和工作原理,建立了MMC的等效数学模型,以该模型为基础,提出了载波移相技术在MMC中的实现方法。本文还研究了直流电容电压的控制策略以及实现直流电容电压预充电的方法。在理论分析和软件仿真基础上,参与设计构建了一台三电平单相半桥MMC实验样机,进行了控制系统硬件和软件设计。基于本文设计的实验样机,通过实验进一步验证了本文提出的控制策略的有效性。输出电压的频谱分析证明了载波移相技术可以通过低次谐波互相抵消来实现较高的等效开关频率,研究结果同时表明MMC具有模块化、等效开关频率高、主开关器件电流容量小等优点,采用载波移相技术的MMC适合于高压大功率领域应用。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 多电平变换器拓扑结构
• 1.1.1 二极管箝位型多电平变换器
• 1.1.2 飞跨电容型多电平变换器
• 1.1.3 级联H桥型多电平变换器
• 1.2 多电平变换器控制策略
• 1.2.1 载波相移正弦脉宽调制（CPS-SPWM）技术
• 1.2.2 阶梯波脉宽调制技术
• 1.2.3 多载波PWM技术
• 1.2.4 空间矢量调制（SVPWM）技术
• 1.3 模块组合多电平变换器的拓扑结构和研究意义
• 1.3.1 模块组合多电平变换器的拓扑结构
• 1.3.2 模块组合多电平变换器的研究意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 模块组合多电平变换器
• 2.1 MMC的拓扑结构
• 2.2 MMC的工作原理
• 2.3 MMC建模
• 2.4 载波移相技术在MMC中的应用
• 2.5 直流电容电压控制
• 2.5.1 电容预充电
• 2.5.2 稳压控制
• 3 系统仿真
• 3.1 三相MMC系统仿真
• 3.2 单相半桥MMC系统仿真
• 3.2.1 稳态特性
• 3.2.2 动态响应特性
• 3.2.3 电容预充电
• 4 系统实验
• 4.1 实验系统要求
• 4.2 实验系统硬件设计
• 4.2.1 系统主电路构成
• 4.2.2 控制系统硬件设计
• 4.3 系统控制软件
• 4.4 系统实验分析
• 4.4.1 AD采样时钟
• 4.4.2 稳态特性
• 4.4.3 动态特性
• 5 结论
• 5.1 全文结论
• 5.2 有待完善的工作
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集