模块化多电平变换器控制策略研究

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1、硕士学位论文模块化多电平变换器控制策略研究ResearchontheControlStrategyofModularMultilevelConverter作者：王亮导师：谭国俊教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TM464学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文模块化多电平变换器控制策略研究ResearchontheControlStrategyofModularMultilevelConverter作者王亮导师谭国俊教授申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向多电平变换器控制答辩委员会主席邓先明评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生王亮在规定

2、的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢时光飞逝，转眼间研究生学习生涯即将结束，值此论文定稿之际，向所有关心、帮助我的人表示最真挚的感谢。首先特别感谢我的导师谭国俊教授。本文是在谭老师的悉心指导下完成的，从研究方向的确定、实验平台的搭建到论文的选题、撰写与修改无不凝聚着谭老师的支持与关心。研究生期间师从谭老师，使我获益良多，谭老师渊博的学识、严谨的治学态度、孜孜不倦的研究精神、高尚的人格魅力

3、，时刻熏陶、激励着我，值得我毕生学习。感谢信电学院何凤有老师、邓先明老师、曹海洋老师在本文选题过程中对我的指导。感谢江苏省电力传动与自动控制工程技术研究中心提供的实验条件与帮助。感谢殷实博士在论文修改过程中给予的帮助。研究生期间，和殷博一起搭建了模块化多电平变换器试验平台，编写、调试了实验程序，忘不了平台钻孔安装时的精疲力竭，也忘不了器件选型出现问题时的困惑与不安，更忘不了实验过程中每一步正确运行后的兴奋与喜悦。他身上体现出来的面临问题时的沉稳以及简洁精致的思维方式，对我有着潜移默化的影响。在此向殷实博士表示衷心的感谢，科研路上感谢有你！感谢实验室的小伙伴们，在论文难以继续时，是你们的支持与

4、肯定让我重燃信心，顺利完成论文的全部，特别感谢张鹏同学对论文排版给予的帮助。感谢我的父母与姐姐，你们给予我的支持与信任，是我完成学业的最大动力。在我遇到困难感到无助的时候，你们一通安慰宽心的电话，一条关心的信息，让我瞬间重拾勇气，继续上路。我的每一点进步都凝聚了你们的付出与汗水，在此谨祝我的亲人们身体健康、平安幸福。感谢我的女友孙守娟同学，是你的不离不弃，你的乐观开朗，给无趣枯燥的研究生学习生涯增添了色彩，未来路上，愿与你继续并肩前行！感谢各位专家和老师在百忙之中评阅论文！摘要模块化多电平变换器（ModularMultilevelConverter，MMC）因其具有公共直流母线的模块化拓扑结

5、构的特点而被广泛应用于高压直流输电、电能质量治理以及电气传动等领域，因此对MMC及其控制策略的研究有着理论和工程意义。本文主要对MMC的相关控制策略进行研究，包括调制策略、子模块电容电压控制策略、内部环流抑制策略，本文还设计研制了一台MMC五电平的实验样机，并对本文采用的控制策略进行实验验证。介绍了MMC拓扑结构与常见的子模块结构，建立了MMC数学模型，研究了MMC运行控制规律；论述了适用于MMC的调制策略，分析了各种载波调制以及最近电平逼近调制的实现方法；重点研究和分析了输出相电压分别为五电平、九电平时载波移相调制的区别以及脉冲移相代替载波移相的可行性。从桥臂能量脉动变化规律入手，分析子模

6、块电容电压波动规律，推导电容选取的原则；结合MMC拓扑结构和工作原理，研究了一种利用自身直流母线对悬浮电容预充电的方法；对传统排序法进行改进，采用一种基于双保持因子及排序电压上下限的优化排序法，在保证各子模块电容电压均衡的前提下有效降低开关器件的开关频率。分析了环流形成机理、环流的性质与作用；从桥臂功率脉动的角度出发分析了影响二倍频环流幅值的因素，推导了桥臂电感选取公式；研究了基于模块变动选择法的环流抑制策略，并将其与优化排序算法相结合，达到抑制环流、均衡电容电压、降低开关频率的目的。从主回路和控制系统两个角度研制了一台五电平MMC实验样机，主回路设计包括主要器件参数设计与选型，控制系统设计

7、包括控制系统架构设计和程序设计；在所研制的MMC实验样机上对基于模块变动选择算法和优化排序算法的控制策略进行实验验证，实验结果表明该控制策略可以均衡子模块电容电压、降低开关频率、有效减小环流幅值，验证了上述控制策略的可行性与正确性。该论文有图64幅，表7个，参考文献78篇。关键词：模块化多电平；脉冲移相；优化排序；模块变动选择法；样机研制IAbstractModularMultilevelConverter（