基于模块化多电平结构高压变频器的研究

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1、学校代号：10532学号：S11092078密级：公开湖南大学硕士学位论文基于模块化多电平结构高压爿‘k又频器的研究TheResearchofModularMultilevelConverterAppliedinMediumVoltageDrivebyB．E．02011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScience1nElectricalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessor

2、April，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：奋廿丈解日期：扣f平年岁月研日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

3、以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“、／”)作者签名：向牧秆导师签名：锄丢哆日期：劲f‘}年芎月斗日日期：为l叶年，月叩日基于模块化多电平结构高压变频器的研究摘要现今，多电平技术逐渐成为中高压大功率传动的主流技术。在现有的技术下，人们已经能较为有成效的实现高性能的大功率中高压传动。但是仍然存在不少问题，二极管钳位型和飞跨电容型多电平变流器大都只有三电平五点平的产品难以满足国内6KV、10KV甚至更高的电压等级要求。级联型高压变频器虽然通过一定数目单元子模块的级联可达到任意等级的电压

4、，但是由于其没有公共的直流母线不能方便的进行能量的双向流动，所以很难被应用于需要四象限运行的高性能高压变频器系统。如果级联型高压变频器要应用于高性能的传动系统则需要对级联单元的不可控整流替换为可控的PWM整流器，这大大增加系统的复杂性，同时仍然不能避免主电路前端的工频变压器将电网电压调整至合适的电压值。基于以上原因，本文在查阅了国内外大量的文献的基础上提出了一种新型的基于模块化多电平变流器(ModularMultilevelConverter，MMC)的高性能的高压变频器系统，该方案在国外和国内研究的人较少，具有创新性和前瞻性。模块化多电平变流器是近年来兴起的一种多电平结构，该结构与级

5、联型多电平变流器结构相似，都是通过一定的模块级联而来，不同的是模块化多电平子模块能量来自直流母线，故采用背靠背结构就能形成可四象限运行的高压变频器系统。本文从以下几个方面阐述该新型高压变频器系统。1)本文介绍了模块化多电平的拓扑结构以及基本的工作原理，其中包括半桥型模块化多电平结构和全桥型模块化多电平结构，并详细探讨了半桥以及全桥结构的各种工作状态。而后介绍了模块化多电平变流器的调制算法。2)引入了模块化多电平的电气模型，在模块化多电平电气模型的基础上进一步建立其数学模型，从数学模型出发，提出了一种模块化多电平变流器直流母线电压平衡的策略。3)为了获得一种高性能的高压变频器系统方案，本

6、文将PWM整流算法以及感应电机的矢量控制算法与模块化多电平变流器进行了融合。4)结合本文所提出的新型高性能高压变频器系统方案，搭建了相应的MATLAB仿真模型，对模块化多电平的基本调制算法、电压平衡策略、PWM整流控制策略以及感应电机的控制策略进行了仿真。仿真结果表明该方案的在理论上的可行性。关键词：模块化多电平变流器；直流母线电压平衡策略；四象限运行；高压变频器硕士学位论文AbstractNowadays，multileveltechnologyhasbecomethemainstreamofthehighvoltagedriver．Undertheexistingtechnolog

7、y,peoplehavebeenabletoberelativelyeffectiveintheimplementationofhighvoltagedriver．Buttherearestillmanyproblems，thediodeclampandflyacrossthecapacitormultilevelconverterismostlyflatonlythreelevelfiveproductsandaredifficulttome