MMC-RPC建模与控制策略的研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文MMC-RPC建模与控制策略的研究学位申请人：周振邦学科专业：电力电子与电力传动指导教师：宋平岗教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大

2、学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名日期摘要MMC-RPC建模与控制策略的研究摘要电气化铁路高速发展的同时，在牵引供电系统中暴露出了多种电

3、能质量问题，诸如负序电流、谐波、无功功率、惯性差等问题，它们不但严重影响了牵引供电系统的正常运行，还对上游电网产生了巨大的威胁。在我国的牵引变电所中，V/v变压器使用极为广泛，采用模块化多电平换流器（ModularMultilevelConverter,MMC）背靠背连接结构的铁路功率调节器（RailwayStaticPowerConditioner,RPC）（MMC-RPC）具有耐压能力高、补偿容量大、动、静态特性好、无需降压变压器与牵引网相连等优势在诸多电力电子的电能补偿装置中脱颖而出。本文针对与采用V/v变压器的牵引供电系统相连的MMC-RPC进行研究，作了以下工作与研究：1

4、）研究了MMC-RPC的建模，论述了其常规的时域→αβ坐标→dq旋转坐标的数学模型，采用二阶广义积分的方式构造β轴正交虚拟分量完成变换过程。其次对MMC-RPC进行了小信号模型的建立，通过精确的小信号模型为控制器的设计提供指导。2）通过对V/v变压器连接的牵引供电系统中的谐波进行分析，对MMC-RPC提出了比例复数积分（ProportionalComplexIntegral，PCI）控制方式，对其控制系统分析得知其在目标频率处能产生无穷大的增益，使MMC-RPC达到对特定谐波治理的效果，并且能兼顾负序、无功等电能质量问题的治理。3）考虑到MMC-RPC与牵引网的连接线路上的电能损耗

5、，为使得MMC-RPC能够精确、有效的对牵引供电系统中的电能质量进行治理，在系统模型的基础上推导出MMC-RPC交流侧P-Q、f-U之间的关系，建立了下垂控制，在此基础上采用功率耦合的方式并结合线路阻感比构造了一种功率耦合与阻感比结合的新型下垂控制策略，使得MMC-RPC能够更灵活有效的精确输出期望功率。4）微分平坦理论（DifferentialFlatness,FBC）作为一种优秀的非线性控制理论常用在飞行器的轨迹规划、机器人控制系统设计中，通过模型分析可以得知MMC-RPC系统满足微分平坦条件，在微分平坦理论的基础上对MMC-RPC构造串级PI控制器，内环产生平坦输出参考轨迹，

6、外环产生期望输出的电压d、q分量，通过前馈控制与误差反馈控制保障了MMC-RPC的精确稳定输出。分析V/v变压器两侧的功率，从功率角度出发选取供电臂上的有功功率与无功功率作为微分平坦功率控制器的输出向量，对MMC-RPC在功率角度进行控制器的构造，同样通过前馈环节产生主控制量，通过反馈控制环节产生修正量，相比于微分平坦的级联型PI控制，这种新型的功率控制具有输出稳定，反应迅速等优点。I摘要5）牵引供电系统的短路比很低，体现出弱交流系统的性质，在其中存在惯性低、抗扰动能力差等缺陷，在MMC-RPC的控制系统中引入类似于同步电机转子中的惯性，使MMC-RPC能够为牵引供电系统提供一定的

7、惯性支撑，提高系统的抗扰动能力，并且，采用无锁相环的控制器结构提高了MMC-RPC的输出稳定性，相应的控制系统理论分析与仿真实验验证了这种采用虚拟惯性的功率同步机制策略具有很好的理论与实际应用价值。6）同样是针对牵引供电系统的弱交流特性，对MMC-RPC直接采用虚拟同步机的控制方式，使MMC-RPC具有同步电机的内外特性，对牵引供电系统提供必要的惯性、阻尼支撑，提高整个系统的抗扰动能力与运行的稳定性。关键字：铁路功率调节器，模块化多电平换流器，牵引供电系统，电能质量，