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模块化多电平变流器控制系统的研究

作　者: 申斐斐
导　师: 徐德鸿
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 模块化多电平变流器控制系统死区效应调制方法
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,随着电力电子技术在节能减排、智能电网中的应用,高压大功率电力电子设备的研究开发日益得到关注。模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter)由于其独特的性能成为实现大功率和高压化应用的有效途径。本文重点开展模块化多电平变流器控制系统的研究工作,包括MMC调制方法,PWM死区效应分析、控制系统构架及其设计。本文分析了MMC的选择机制调制法和载波相移调制法,并从输出相电压THD、环流等指标对调制方法进行了比较,并分析了PWM死区效应对调制方法的影响,进一步讨论了MMC的死区补偿。文中提出了一种MMC的由DSP+FPGA+MCU组成三级控制构架,显著地减少光纤的使用数目,提高了系统的模块化性能,很好地解决了各功率模块信号的同步问题。在上述研究的的基础上,研制了一台单相六模块MMC的实验平台,首先对三级控制系统的可行性进行了验证,然后在其上验证了选择机制调制法和电容电压平衡策略,并给出了死区补偿的测试结果。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-10
第1章绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 多电平变换器的拓扑  11-15
    1.2.1 二极管钳位型多电平变流器  11-12
    1.2.2 飞跨电容钳位型多电平变流器  12-13
    1.2.3 级联式H桥型多电平变流器  13-14
    1.2.4 模块化多电平变流器  14-15
  1.3 多电平变换器的控制策略  15-18
    1.3.1 阶梯波调制  15-16
    1.3.2 载波PWM调制  16-18
    1.3.3 空间矢量PWM调制  18
  1.4 本文的选题意义和研究内容  18-21
    1.4.1 本文选题意义  18-19
    1.4.2 课题研究内容  19-21
第2章模块化多电平变流器调制方法的分析  21-42
  2.1 模块化多电平变流器的数学模型  21-25
    2.1.1 基本概念  21-23
    2.1.2 MMC的数学表达式  23-25
  2.2 基于选择机制的直接调制法  25-30
    2.2.1 直接调制法的介绍与分析  25-28
    2.2.2 直接调制法的仿真  28-30
  2.3 改进型选择机制的调制方法  30-33
    2.3.1 改进型调制方法的介绍与分析  30-31
    2.3.2 改进型调制方法的仿真  31-33
  2.4 基于载波相移的调制方法  33-37
    2.4.1 载波相移调制法的介绍与分析  33-35
    2.4.2 载波相移调制法的仿真  35-37
  2.5 相电压电平数2N+1的研究  37-39
  2.6 几种调制方法的分析与比较  39-41
  2.7 本章小结  41-42
第3章模块化多电平变流器死区时间的分析  42-62
  3.1 死区时间的产生和分析  42-44
  3.2 死区时间对选择机制调制法的影响  44-56
    3.2.1 模块电容电压平衡时的死区效应  44-48
    3.2.2 模块电容电压平衡时死区的分析  48-53
    3.2.3 模块工作状态切换造成的死区效应  53-56
  3.3 死区对载波相移调制法的分析和影响  56-57
  3.4 MMC的死区补偿方法分析与探讨  57-59
    3.4.1 子模块电容电压平衡时死区效应的补偿  57-58
    3.4.2 子模块工作切换引起的死区效应抑制  58-59
  3.5 实验验证  59-61
  3.6 本章小结  61-62
第4章 MMC控制系统的软硬件设计  62-80
  4.1 控制系统的构架  62-67
    4.1.1 控制方案  62-64
    4.1.2 三级控制器的方案及其时序  64-65
    4.1.3 各级控制器之间的通讯  65-67
  4.2 各级控制器的同步  67-71
    4.2.1 同步的概念与分析  67-69
    4.2.2 同步的解决方案  69-70
    4.2.3 同步方案的实验论证  70-71
  4.3 控制系统的软件设计  71-77
    4.3.1 主控制器设计  71-72
    4.3.2 辅助控制器设计  72-76
    4.3.3 模块控制器设计  76-77
  4.4 系统的保护设计  77-79
  4.5 本章小结  79-80
第5章实验结果  80-86
  5.1 实验平台和系统参数  80-81
  5.2 直接调制法的实验结果  81-83
  5.3 2N+1电平的实验结果与比较  83-85
  5.4 本章小结  85-86
第6章总结与展望  86-88
参考文献  88-91
攻读硕士期间发表的论文  91-92
致谢  92

模块化多电平变流器控制系统的研究

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