模块化多电平变频器输入整流技术研究

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1、硕士学位论文模块化多电平变频器输入整流技术研究RESEARCHONRECTIFICATIONTECHNOLOGIESFORMOTORDRIVESBASEDONMODULARMULTILEVELCONVERTERS关明旭哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM615学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文模块化多电平变频器输入整流技术研究硕士研究生：关明旭导师：徐殿国教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、:TM615U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONRECTIFICATIONTECHNOLOGIESFORMOTORDRIVESBASEDONMODULARMULTILEVELCONVERTERSCandidate：MingxuGuanSupervisor：Prof.DianguoXuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：Sc

3、hoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter,MMC)凭借其高度模块化，波形质量高，损耗低，易于运输、安装、维护，易于提升电压等级等优势，成为了高压大功率电能传输及电机驱动中最具潜力的拓扑结构。然而MMC子模块拓扑结构中存在电容器作为功率支撑元件，在电机

4、驱动应用中尤其是电机低频运行时存在着电容电压波动较大的问题。通过对现有文献分析整理发现，串联开关型MMC是目前最有效的解决方案，然而现阶段对该拓扑结构的研究仅局限在电机侧，尚未对其整流方案进行研究。本文首先对比了高压变频中常用的拓扑结构，对当前最具优势的MMC拓扑结构及其常用的控制、调制方式进行简要介绍，对比常用的子模块电容电压波动抑制方法并对串联开关型MMC拓扑电容电压波动抑制机理进行分析，证明其优越性。在此基础上，参考实际工程中电压、功率等级，本文选用24脉波整流器并设计移相变压器，据此分析直流侧开关动作在电网电流中产生的谐波并设计滤波电路，最终

5、完成串联开关型MMC的多脉波整流方案设计并通过仿真验证。在此之后，本文进一步研究了串联开关型MMC的背靠背式整流方案，即将MMC作为整流器。对该整流侧MMC提出了基于传统能量平衡的控制方案以及交直流解耦控制方案。分别分析两种方案控制器结构以及控制原理，完成直流侧滤波器参数设计并通过仿真对比两种控制方式在不同开关占空比下的直流电压波动幅值，选择直流电压控制效果更优的交直流解耦控制方式完成了基于MMC的整流方案设计。最后，本文提出一种混合型MMC整流方案，进一步省去了串联开关型MMC变频器中的直流滤波器且可在全频率下保持MMC变频器子模块电容电压波动基本

6、不变。本文将其与MMC变频器连接组成背靠背混合型MMC拓扑，分别推导各个桥臂中子模块电容电压波动表达式并据此分析该拓扑结构的电容电压波动抑制机理。在此基础上，本文分别提出了电网侧与电机侧MMC的控制策略并通过仿真及实验验证了所提整流方案的有效性与优越性。关键词：模块化多电平换流器(MMC)；整流方案；电机驱动；电容电压波动抑制；控制策略-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThemodularmultilevelconverter(MMC)hasadvantagesofhighmodularity,lowharmonics,lowlos

7、sesandhighexpansibility.Asaresult,MMChasthepotentialtobecomethemostfavorabletopologyinhigh-voltage,high-powerapplicationssuchashighvoltagedirectcurrent(HVDC)transmissionsystemsandmotordrives.However,MMCstillsuffersfromtheinherentproblemofcapacitorvoltagefluctuation,especiallyun

8、derlowoperatingfrequenciesinmotordrives.Inrecentstudie