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模块化多电平变流器控制系统的研制

邵雷  
【摘要】:随着基于电压源型变换器的高压直流输电的兴起,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)以其高度模块化、低输出畸变率、高可靠性等优点成为人们关注的焦点。近年来,关于MMC的研究仍侧重于建模、子模块电容电压平衡、内部环流抑制等控制层面,但是与MMC控制系统架构设计及其具体工程实现有关的研究并不多,故本文以此作为重点展开研究。主要内容包括:(1)以MMC的拓扑结构、工作原理、调制策略等理论为基础,建立单相数学模型,明确了控制系统的功能需求,利用MATLAB/Simulink仿真软件对基本的控制策略,如电容均压控制、环流抑制以及交流预充电控制进行了仿真分析,选择了适用于硬件控制系统的控制策略。(2)根据MMC控制系统的功能需求,对已有的MMC控制系统架构进行了分析。针对两级控制系统架构需要光纤数量较多、主控制器运算负担重的问题,以及三级控制系统架构子模块之间需要时钟同步的问题,提出了一种新的三级控制系统架构。基于提出的三级控制系统架构,对各个功能模块进行了划分,并选择合适的控制器来实现。(3)在确定硬件架构的基础上,对各个控制器的软件设计进行了分析,规定了各个控制器之间的通信协议和信息交互内容。研究了主控制器DSP和辅助控制器FPGA主要功能实现的方法,并对关键的功能模块进行了软件功能仿真和实验验证。(4)在上述工作的基础上,参与设计并搭建了一台三相5电平MMC样机,利用平台对基本的控制策略进行了验证,给出了各种工况下的波形,验证了控制系统架构的可行性。


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