模塊化多電平變換器的控制策略與故障診斷研究.pdf

1、模塊化多電平變換器通過將一系列低耐壓、結(jié)構(gòu)相同的子模塊以串聯(lián)的方式結(jié)合起來使之能適應(yīng)高壓大功率的場(chǎng)合。MMC能以較低的開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)質(zhì)量較高的輸出電壓波形，高度模塊化的結(jié)構(gòu)也便于系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高和容量的擴(kuò)展，因此在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、高壓直流輸電、電力補(bǔ)償裝置等方面獲得廣泛的應(yīng)用。本文重點(diǎn)從MMC的電容電壓平衡控制、無電容電壓傳感器的控制策略、故障診斷三個(gè)方面展開研究分析：
　　本文首先分析了MMC的基本工作原理，接著通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立其交直

2、流側(cè)的等效模型。電容電壓的平衡是MMC正常運(yùn)行的前提條件，然后對(duì)目前常用的幾種調(diào)制策略、電壓平衡控制方法的實(shí)現(xiàn)原理及特點(diǎn)做了全面的分析。不同的調(diào)制策略配合不同的控制方法雖然都能保證電容電壓的均衡，但是它們?cè)谳敵鲭妷褐C波、環(huán)流抑制、開關(guān)損耗、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等性能指標(biāo)上呈現(xiàn)較大的差異。以基于最近電平調(diào)制的選擇排序法和基于載波移相調(diào)制的閉環(huán)能量控制法為代表，通過仿真對(duì)比分析兩者的差異。當(dāng)子模塊數(shù)量較多時(shí)，傳統(tǒng)的控制方法不僅增加了硬件成本，眾多信

3、號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)還會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為解決上述問題，引入了三種無電容電壓傳感器的控制方法。首先通過理論推導(dǎo)分別建立了MMC的小信號(hào)模型、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模型、交直流側(cè)離散模型，在此基礎(chǔ)上依次提出了基于電壓觀測(cè)器的反饋控制、電容電壓估計(jì)法、電容電壓預(yù)測(cè)法，然后對(duì)各控制方法進(jìn)行相關(guān)穩(wěn)定性的分析，還探討了模型參數(shù)的誤差對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。最后通過仿真對(duì)比分析了各方法在穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、參數(shù)適應(yīng)性等方面的差異，并搭建了小功率的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，驗(yàn)證上述方