模塊化多電平變換器建模與模擬仿真技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）功率變換器在交/直流電源、逆變器、新能源發(fā)電、交值流輸電等功率變換系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特別地，模塊化多電平變換器(ModularMultilevelConvert，MMC)因?yàn)槠淠K化的結(jié)構(gòu)，在高壓直流輸電系統(tǒng)中越來(lái)越受關(guān)注。而在工程應(yīng)用中，隨著現(xiàn)在電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的進(jìn)一步升高，對(duì)電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的要求也越來(lái)越高。雖然實(shí)時(shí)仿真器可以解決這一問題，但是

2、，現(xiàn)有的數(shù)字式實(shí)時(shí)仿真器需采用多核高速計(jì)算機(jī)或FPGA配合實(shí)時(shí)算法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，而且還存在仿真步長(zhǎng)受限問題。
　　所以，本文提出了一種新的技術(shù)，即PWM功率變換器的模擬仿真電路。由于PWM功率變換器在結(jié)構(gòu)上至少包括一個(gè)半橋型功率開關(guān)電路、電抗器、電容器、電阻和電源等，所以，本文所提出的模擬仿真電路是采用電子模擬開關(guān)電路和由運(yùn)算放大器電路構(gòu)成的一階慣性電路、比例積分電路、比例放大電路、加法電路、反向器電路及直/交流信號(hào)發(fā)

3、生器電路等來(lái)模擬等效代替PWM功率變換器實(shí)際回路中的功率開關(guān)電路、電抗器、電容器和電阻等元件而搭建的低電壓電路。并且稱這種以運(yùn)算放大器等模擬器件為基礎(chǔ)搭建的主回路仿真平臺(tái)為半實(shí)物仿真平臺(tái)。
　　該方法與傳統(tǒng)的仿真技術(shù)以及現(xiàn)有的實(shí)時(shí)仿真器相比，不需要計(jì)算機(jī)等高等設(shè)備，具有仿真精度高、成本低、易于實(shí)現(xiàn)和不存在仿真步長(zhǎng)受限等優(yōu)點(diǎn);該平臺(tái)還可以用來(lái)調(diào)試前期的控制策略和算法，在控制策略通過驗(yàn)證后，只需要做少量改動(dòng)或者如果設(shè)計(jì)精確甚至不需要改

4、動(dòng)就可以直接用來(lái)控制系統(tǒng)的真實(shí)強(qiáng)電主回路（由于模擬仿真電路只模擬仿真主電路，所以模擬電路和實(shí)際電路可以使用同一套控制系統(tǒng)），這樣做可以快速驗(yàn)證算法的可行性，縮短開發(fā)周期，同時(shí)避免了因算法錯(cuò)誤而導(dǎo)致PWM功率開關(guān)管燒壞，節(jié)約開發(fā)經(jīng)費(fèi)。
　　本文首先介紹了PWM功率變換器模擬仿真電路及其實(shí)現(xiàn)方法，然后以半橋降壓型PWM變換器為例進(jìn)行了詳細(xì)的講解，最后在PSIM仿真軟件中進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所搭建模擬仿真電路的正確性。
　　其次，

5、本文先從三相MMC的工作原理和等效電路圖出發(fā)，給出了其主設(shè)備的參數(shù)值和綜合控制策略;然后建立了三相MMC運(yùn)行于整流、逆變和背靠背狀態(tài)時(shí)的模擬仿真電路，并在PSIM仿真軟件中分別驗(yàn)證了它們的正確性。
　　最后，進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和硬件實(shí)驗(yàn)。一方面以半橋降壓型PWM變換器為例，搭建了它的半實(shí)物仿真系統(tǒng)和它在實(shí)時(shí)仿真器RT-LAB的仿真模型，同時(shí)分別給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了模擬仿真電路相較于實(shí)時(shí)仿真器的優(yōu)勢(shì);另一方面，搭