基于光纤复用技术的模块化多电平变换器控制系统-研究

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1、万方数据浙江大学硕士学位论文摘要基于电压源型变换器的高压直流输电(vsc．HVDC)的兴起使得与之相关的高压大功率变换器再次成为人们关注的焦点，模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter，MMC)以其高度模块化、低输出畸变率、高可靠性等优点脱颖而出。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在样机中具体实现方法有关的研究并不多，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，对

2、已有的MMC两级控制系统架构和三级控制系统架构进行了分析。两级控制系统架构由主控制器和辅助控制器组成，三级控制系统架构则在此基础上增加了一级子模块控制器，虽然解决了前者子模块电容电压不隔离及采样复杂的问题，但辅助控制器与每个子模块控制器间均需2根下行光纤分别传输PWM脉冲信号、保护信号，以及1根上行光纤传输子模块信息，当子模块个数较多时，光纤使用总量变大。若辅助控制器中的PWM调制改由子模块控制器完成，可只需l根下行光纤传输调制信息，但子模块控制器间的同步使得控制系统愈发复杂。2)提出了一种基于光纤复用技术的MMC三级控制系统

3、架构，并将其具体化为主控制器、相控制器和子模块控制器。主控制器是系统控制的核心，相控制器用于实现相内PWM调制及子模块电容电压平衡，子模块控制器用于生成开光管驱动信号、子模块保护及子模块信息监测、上报。但相控制器发送给子模块控制器的PWM脉冲信号及保护信号等命令信息被调制成不同的矩形脉冲，仅通过同1根下行光纤传输，达到了节省光纤使用总量的目的。此外，由于PWM调制交由相控制器直接完成，只需确保各个相控制器间的同步，简单且易实现。3)在上述基础之上，设计并搭建了一台单桥臂子模块个数为8的MMC样机，并通过实验验证了所提出的控制系

4、统架构的可行性。首先介绍了该架构采用的DSP和FPGA这两类控制器；对相控制器间同步的必要性及可行方案进行了简要分析之后，重点分析了各个控制器间的信息交互内容、协议及相关FPGA的具体设计方法；然后以样机为例给出了MMC子模块个数N、子模块电容C及桥臂电感L的设计方法，并分类介绍了主控板及万方数据浙江大学硕士学位论文摘要其扩展板、相控板及其扩展板和子模块电路中硬件设计的关键部分；最后，在样机平台上进行了逆变实验，并给出了部分稳态及动态实验波形。关键词：模块化多电平变换器(MMC)，控制系统，光纤复用技术，FPGA设计III万方

5、数据浙江大学硕士学位论文AbstractAstherisingoftheHighVoltageDirectCurrentTransmissionbasedonVoltageSourceConverter(VSC-HVDC)，theconverterwithhighvoltageandhighpowerratebecomesthefocusofattentionagain，andtheModularMultilevelConverter(MMC)istheonewhichstandsoutbecauseofitshigh-mod

6、ular,high-qualityandhigh-reliability．Recently,researchaboutMMCstillemphasizeoncontrol，suchasmodeling，sub-modulecapacitorvoltagebalancingalgorithm,internalcirculatingcurrentinhibition，however,theresearchoncontrolsystemarchitecturedesignofMMCanditsimplementationarerar

7、e，forthisreason,thispaperchoosecontrolsystemasitsresearchobject．Themaincontentsareshownasbelow：1)Thetopology,operatingprincipleandmodulationstrategyofMMCaretheoreticalbasisofitscontrolsystem．The2-levelcontrolsystemarchitectureismadeupbythehost-controllerlevelandthea

8、uxiliary．controllerlevel，butitscapacitorvoltagesarenotisolatedanddifficulttosample．Tosolvethisproblem,anadditionalsub-module-controllerlev