模塊化多電平矩陣變換器控制策略研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)、中高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，模塊化多電平變換器(MMC)諧波含量低、模塊化程度高、無需大量鉗位器件的優(yōu)勢(shì)愈加凸顯，因此近年來成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。但MMC也存在一定的局限，比如存在固有的直流故障缺陷以及在交交變換領(lǐng)域需要中間直流變換環(huán)節(jié)。模塊化多電平矩陣變換器(MMMC)結(jié)合了MMC與矩陣變換器的雙重優(yōu)勢(shì)，可以直接進(jìn)行交-交變換節(jié)省橋臂數(shù)量，具備四象限運(yùn)行能力，可以實(shí)現(xiàn)任意頻率、相位輸出，在高壓直流

2、輸電、電機(jī)調(diào)速及電力電子變壓器等場(chǎng)合將發(fā)揮重要作用。
　　MMMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的開放性，MMC可以看作MMMC的一個(gè)特例，但MMMC是直接交-交變換，因此頻率關(guān)系更為復(fù)雜，子模塊電容電壓平衡控制也更加困難。本文首先介紹了MMMC各種拓?fù)涞幕窘Y(jié)構(gòu)及研究現(xiàn)狀，以2相/3相MMMC為重點(diǎn)研究對(duì)象，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)條件下工作原理分析，得到電容電壓紋波的波動(dòng)規(guī)律。按照子模塊-N子模塊橋臂單元的順序，建立開關(guān)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型和小信號(hào)模型，簡(jiǎn)化得到傳

3、遞函數(shù)用于控制系統(tǒng)閉環(huán)設(shè)計(jì)。從穩(wěn)態(tài)情況下瞬時(shí)功率分析出發(fā)，在揭示波動(dòng)功率來源的基礎(chǔ)上，按照頻率范圍分成常規(guī)頻率工況、輸出低頻工況、輸入輸出接近同頻工況，并分別提出相應(yīng)的控制策略。
　　對(duì)常規(guī)頻率工況，采用橋臂電流直接控制和電容電壓層次化控制雙閉環(huán)設(shè)計(jì)方法，無需附加的環(huán)流抑制。對(duì)輸出低頻工況，以對(duì)低頻波動(dòng)功率來源分析為基礎(chǔ)，采用包絡(luò)線法，利用比例諧振控制器在相間電容電壓控制層次中提取波動(dòng)幅值較大的輸出二倍頻紋波電壓，得到跟隨低頻波動(dòng)

4、功率的環(huán)流并投入到閉環(huán)反饋控制，無需額外功率實(shí)現(xiàn)紋波電壓無靜差控制。該方法具有很強(qiáng)的推廣性和普適性，對(duì)其他模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究有極大的參考價(jià)值。對(duì)輸入輸出接近同頻工況，提出在輸出電壓中注入高頻共模電壓和在橋臂電流中加入相同頻率零序電流的方法，重構(gòu)后的橋臂功率脈動(dòng)在較高頻率，大大降低了子模塊電容電壓波動(dòng)幅值，并且設(shè)計(jì)了控制框圖可以直接得到共模量，免去復(fù)雜計(jì)算，實(shí)時(shí)跟蹤波動(dòng)功率。針對(duì)三種工況，分別設(shè)計(jì)了Matlab/Simulink仿真