基于空间矢量脉宽调制的新型模块化多电平整流器研究

摘要

在电压源高压直流输电系统、中高压调速领域中新型模块化多电平(MMC)有着广泛的应用前景，与传统的多电平换流器相比，其具有开关损耗小、开关频率低（等于基波频率）、输出容量大，对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性，并且具有更好的稳态和暂态性能等优点。
　　 本文在查阅国外相关书籍和文献的基础上，对新型模块化多电平整流器的拓扑结构及其工作原理，调制方法和控制策略进行了研究和分析，并通过仿真验证了本文研究成果的有效性。
　　 文章首先介绍了MMC-HVDC研究的背景与意义，描述了国内外MMC-HVDC研究现状和工程应用，对MMC主电路拓扑结构、基本工作原理及调制方式进行了简要介绍，对国内外MMC发展现状与趋势及所要解决的问题进行了简述。其次概要描述了新型模块化多电平换流器的拓扑结构、基本工作原理、运行特性和数学模型，给出各桥臂子模块电容参数的设计方法。其次本文阐述了几种多电平电压源换流器的SVPWM算法，以新型模块化五电平换流器为例，分析了一种适用于MMC的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法利用九条规则来判断参考电压所在位置，采用了使两相邻小三角形区域输出矢量变化方向相反的方法，以避免整流器在扇区切换中输出矢量突变。接着根据第二章提出的数学模型，详细阐述应用于新型模块化多电平整流器中的控制策略，即内环电流、外环电压以及定直流电压控制策略，并提出一种适用于MMC-HVDC的启动控制方法。本文最后采用MATLAB/Simulink工具箱，对所提出的控制策略和调制算法进行了仿真，并对仿真结果进行了分析，仿真结果及分析证明了该基于空间矢量脉宽调制的新型模块化五电平整流器研究方案的合理性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景与意义

1．2 国内外MMC-HVDC研究现状和工程应用

1．3 模块化多电平电压源换流器概述

1．4 模块化多电平换流器的调制方式

1．5 本文研究内容

第2章 MMC基础理论

2．1 MMC拓扑结构

2．2 MMC工作原理

2．2．1 子模块工作原理

2．2．2 三相MMC工作原理

2．2 MMC的开关数学模型

2．3 子模块电容参数的设计

2．4 本章小结

第3章 MMC的空间矢量脉宽调制的研究

3．1 多电平换流器空间矢量脉宽调制技术

3．1．1 60°坐标系多电平SVPWM算法

3．1．2 非正交KL坐标系算法

3．2 一种MMC的SVPWM调制算法

3．3 本章小结

第4章 MMC整流器控制策略研究

4．1 三相MMC整流器双闭环控制系统

4．1．1 解耦模型的建立

4．1．2 内环电流控制器的设计

4．1．3 外环电压控制器的设计

4．1．4 解耦后的MMC双闭环控制结构

4．2 MMC-HVDC的启动控制

4．3 本章小结

第5章 仿真实验研究及分析

5．1 基于SVPWM模块化五电平整流器的仿真模型的建立

5．1．1 双闭环PI控制模块

5．1．2 3s／2s及2s／2r信号转换模块

5．1．3 SVPWM模块

5．1．4 新型模块化五电平整流器仿真结构模型

5．2 仿真结果与分析

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢