本文關鍵詞：模塊化多電平換流器調制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著光伏、風電等新能源接入并網,以及城市配電網擴容、孤島負荷供電等問題的出現,使得柔性直流輸電技術具有廣闊的應用前景。德國學者Rainer Marquardt于2002年首次提出模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)撲結構,該拓撲因其模塊化設計、良好冗余性及輸出諧波低等優(yōu)點成為新一代柔性直流輸電技術的核心設備。經過十幾年發(fā)展MMC研究取得較大進展并在實際工程中得到應用。盡管MMC的研究已取得較大進展,但仍有許多問題值得進一步探索。本文以MMC換流器作為研究對象,從以下幾個方面對其進行研究：(1)研究了MMC的拓撲結構和基本工作原理,針對三相MMC主電路建立了數學模型,同時建立了基于RT-LAB的半實物系統(tǒng),詳細描述了MMC硬件系統(tǒng)設計和RT-LAB系統(tǒng)建模,為后續(xù)控制策略的研究建立實驗基礎。(2)對比分析了適用于MMC的各類調制方式的優(yōu)缺點,并重點對載波移相和最近電平逼近調制進行深入研究。詳細分析了載波移相角和電平數的關系,給出n+l電平和2n+1電平實現方式,并推廣到載波層疊和最近電平逼近調制(nearest level modulation, NLM)方式下。改進的NLM調制即通過逼近不同調制波實現2n+1電平輸出,在模塊數較少時NLM仍適用。最后通過仿真和實驗驗證了上述分析的有效性和可行性。(3)對電容電壓波動機理進行詳細分析,指出電容電壓波動幅值與交直流側電流和調制比成正比,與基波頻率和電容容值成反比。結合不同的調制策略給出不同的均壓控制方法。在載波移相調制方式下采用了一種電容電壓分級控制的方式。結合載波層疊調制(Carrier Disposition SPWM, CD-SPWM)和NLM調制改進了傳統(tǒng)的排序均壓控制方式,在投入模塊數目不發(fā)生改變時,使上一個控制周期內投入的子模塊(SubModule, SM)在下一個控制周期內盡可能投入,從而降低不必要的開關投切。仿真和實驗表明優(yōu)化后的均壓并沒有導致模塊電壓波動增大,但卻降低了開關狀態(tài)的切換。(4)圍繞相間環(huán)流分析及抑制方法展開研究,首先對MMC相間環(huán)流在正常和子模塊無冗余故障工況下進行數學建模。指出相間環(huán)流以二倍頻負序為主。而在故障工況下三相間的二倍頻環(huán)流并不成負序對稱關系,因此給出一種采用二階廣義積分器(second order generalized integrator, SOGI)+低通濾波器的方式提取諧波分量,并基于準PR控制器環(huán)流量進行抑制。同時對不同工況下,有無環(huán)流控制進行仿真及實驗。對于MMC系統(tǒng)在交流調速領域應用時出現的問題,通過控制高頻環(huán)流量實現MMC系統(tǒng)在低頻下的正常工作,并結合相關仿真及實驗進行驗證.
【關鍵詞】：模塊化多電平換流器 載波移相調制 階梯波調制 電容電壓平衡控制 環(huán)流抑制策略
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM721.1;TM46
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 課題背景及意義12-13
• 1.2 多電平換流器13-18
• 1.2.1 二極管箝位型多電平換流器13-15
• 1.2.2 飛跨電容箝位型多電平換流器15-16
• 1.2.3 級聯H橋多電平換流器16-17
• 1.2.4 模塊化多電平換流器17-18
• 1.3 模塊化多電平換流器研究現狀18-20
• 1.3.1 數學建模18-19
• 1.3.2 調制策略研究19
• 1.3.3 電壓均衡策略研究19-20
• 1.3.4 內部環(huán)流抑制策略20
• 1.4 本文選題意義及研究內容20-22
• 2 MMC半實物平臺設計22-32
• 2.1 MMC拓撲結構及工作原理22-23
• 2.2 MMC數學模型23-25
• 2.3 MMC半實物平臺設計25-29
• 2.3.1 RT-LAB實時仿真系統(tǒng)26-27
• 2.3.2 MMC硬件系統(tǒng)設計27-28
• 2.3.3 控制系統(tǒng)建模28-29
• 2.4 本章小結29-32
• 3 MMC的脈寬調制策略及分級均壓控制32-48
• 3.1 載波層疊調制策略32-34
• 3.2 載波移相調制策略34-41
• 3.2.1 基本原理34-35
• 3.2.2 CPS-SPWM調制諧波分析35-39
• 3.2.3 載波移相角與電平數關系39-41
• 3.3 電容電壓波動分析及分級控制策略41-47
• 3.3.1 電容電壓波動機理分析41-43
• 3.3.2 電容分級控制策略43-44
• 3.3.3 仿真和和實驗結果分析44-47
• 3.4 本章小結47-48
• 4 MMC的電平逼近調制策略及排序均壓控制48-58
• 4.1 NLM調制策略48-50
• 4.1.1 基本原理48
• 4.1.2 NLM調制諧波分析48-50
• 4.2 改進NLM調制方式分析50-52
• 4.3 優(yōu)化的排序均壓控制52-56
• 4.3.1 優(yōu)化排序原理52-53
• 4.3.2 仿真及實驗結果分析53-56
• 4.4 本章小結56-58
• 5 相間環(huán)流分析及控制58-74
• 5.1 環(huán)流機理分析58-62
• 5.1.1 正常工況下流特性分析58-61
• 5.1.2 故障工況下環(huán)流特性分析61-62
• 5.2 環(huán)流抑制器設計62-69
• 5.2.1 基于SOGI的諧波分量提取算法62-63
• 5.2.2 采用準PR調節(jié)器環(huán)流抑制63-64
• 5.2.3 仿真與實驗分析64-69
• 5.3 基于高頻環(huán)流注入的低頻運行控制69-73
• 5.3.1 控制原理69-71
• 5.3.2 仿真及實驗分析71-73
• 5.4 本章小結73-74
• 6 結論與展望74-76
• 6.1 工作總結74
• 6.2 研究工作展望74-76
• 參考文獻76-80
• 附錄A80-82
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果82-86
• 學位論文數據集86

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