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模块组合型多电平变换器的控制策略

北京交通大学学报 2011年第2期35卷 128-132页

作者：杨晓峰孙浩支刚郑琼林北京交通大学电气工程学院北京100044

对模块组合型多电平变换器(MMC)的脉冲调制策略和电压控制策略进行了理论分析和实验研究,建立了MMC系统的数学模型,在此基础上提出一种适用于MMC特点的载波移相spwm控制策略和电压控制策略,无需额外的硬件电路,即可实现对MMC功率单元直... 详细信息

对模块组合型多电平变换器(MMC)的脉冲调制策略和电压控制策略进行了理论分析和实验研究,建立了MMC系统的数学模型,在此基础上提出一种适用于MMC特点的载波移相spwm控制策略和电压控制策略,无需额外的硬件电路,即可实现对MMC功率单元直流电容电压良好的稳压和均衡控制效果.通过一台三电平MMC实验样机的实验结果,分析了其稳态和静态工作特性,验证了控制策略的有效性.

关键词：多电平变换器模块化功率单元载波移相spwm 数学模型

双调制波CPS-spwm在模块组合多电平变换器的应用研究

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电气传动 2011年第10期41卷 15-20页

作者：杨晓峰孙浩郑琼林北京交通大学电气工程学院北京100044

模块组合多电平变换器(MMC)具有良好的可扩展性、模块化以及输出谐波含量低的特点,是一种能很好满足未来高压或中压功率变换需求的拓扑。首先建立了三相MMC系统基于开关函数的数学模型,然后在分析MMC特点的基础上,提出了双调制波载波移... 详细信息

模块组合多电平变换器(MMC)具有良好的可扩展性、模块化以及输出谐波含量低的特点,是一种能很好满足未来高压或中压功率变换需求的拓扑。首先建立了三相MMC系统基于开关函数的数学模型,然后在分析MMC特点的基础上,提出了双调制波载波移相spwm(CPS-spwm)技术在MMC中的具体实现方法。通过基于Matlab/Simulink的仿真模型,详细分析了其静态特性和动态特性,结果表明MMC采用CPS-spwm技术后可获得较高的等效开关频率,同时具有较好的自动均压效果。实验结果进一步验证了控制策略的可行性和有效性。

关键词：模块化多电平变换器双调制波载波移相spwm 均压控制桥臂电流功率单元

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基于DSP的高压变频器控制方法的研究

基于DSP的高压变频器控制方法的研究

作者：靳坤西安科技大学

学位级别：硕士

单元串联型中高压变频器在调速节能领域的应用越来越广,控制要求不断提高,已经成为电力电子领域研究的热点之一。本课题以串联型变频器中心控制器作为研究对象,基于其拓扑结构,完成了DSP中心控制板和CPLD脉冲扩展板的重新设计和调试。... 详细信息

单元串联型中高压变频器在调速节能领域的应用越来越广,控制要求不断提高,已经成为电力电子领域研究的热点之一。本课题以串联型变频器中心控制器作为研究对象,基于其拓扑结构,完成了DSP中心控制板和CPLD脉冲扩展板的重新设计和调试。文中提出了一种新型空间矢量调制方法,并且结合优化的V/F控制方法对变频调速系统进行了实验。系统运行稳定,调速性能得到相应的提高。首先,本文分析比较了几种多电平主电路拓扑结构和特性,总结得出单元串联多电平拓扑结构,输出波形接近于正弦波,易于实现数字化控制,适合应用于中高压大功率变频调速系统。并对单元串联变频器的系统组成、硬件电路及功率单元等方面进行了详细的描述。其次,分析比较了几种常用的调制方法,如载波水平移相和载波垂直移相调制方法(spwm),并对其进行了仿真比较。仿真结果表明:spwm具有等效开关频率高,输出电压波形电平数多,波形接近正弦波,谐波含量小。但其直流侧利用率不高,动态性能有待进一步提高。对于级联型变频器,本文结合载波移相技术和电压空间矢量调制法的优点,介绍了一种新型的空间矢量移相调制法,易于DSP数字实现,在MATALAB中进行了仿真,从仿真结果可以得出输出电压谐波含量低,直流侧电压利用率高等优点。本文完成了中心控制板和脉冲扩展板的电路的硬件和软件设计。硬件包括DSP和CPLD控制电路,A/D转换电路,隔离电路,光纤转换电路和其他辅助电路。软件方面,本文引用功能块和时隙的概念,分别设计了优化V/F变频调速模块,N-SVPWM调制方法下的实时计算脉宽模块和电压补偿模块等软件设计。最后,将设计出的中心控制器应用到高压变频系统中,进行了实验,验证了硬件设计的正确性和新型空间矢量调制方法的可行性和控制方法的可行性,给后续研究打下了基础。

关键词： DSP 高压级联型逆变单元串联载波移相spwm N-SVPWM

模块化多电平直流输电调节方式及控制策略研究

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模块化多电平直流输电调节方式及控制策略研究

作者：刘文涛合肥工业大学

学位级别：硕士

轻型直流输电是近年来电力电子技术重要的研究和应用领域之一，基于模块化多电平的MMC级联拓扑结构所具有的特点非常适宜于轻型直流输电系统，并受到广泛关注。通过对MMC原理分析，本文对全控直流输电系统无功控制、有功控制、交直流电... 详细信息

轻型直流输电是近年来电力电子技术重要的研究和应用领域之一，基于模块化多电平的MMC级联拓扑结构所具有的特点非常适宜于轻型直流输电系统，并受到广泛关注。通过对MMC原理分析，本文对全控直流输电系统无功控制、有功控制、交直流电压控制、电流控制、频率控制、电容电压平衡控制等控制策略的理论研究和仿真分析。具体来说，本文的主要工作体现在以下几个方面： 1、对比分析了多电平换流器常用的拓扑结构，基本原理，引出本文研究对象-模块化多电平换流器。 2、分析了MMC工作原理以及控制算法。通过对常见的调制技术进行分析，提出载波移相正弦脉冲调制技术（cps-spwm）更适合于MMC拓扑结构。研究了对电容预充电以及电容电压均衡控制策略。 3、对基于MMC的柔性直流输电控制策略进行了详细的研究。分析了间接直流控制和直接直流控制方法，并在上述理论上设计内环电流控制器以及外环电压控制器。对MMC的控制系统设计了有功功率控制器和直流电压控制器。提出整流器和逆变器的控制策略并进行仿真验证。 4、对三相MMC和单相半桥MMC系统进行仿真验证，调制算法采用CPS-spwm，验证本文提出的控制策略的正确性。

关键词：模块化多电平换流器载波移相spwm 轻型直流输电电容电压均衡

基于DSP控制器的电力电子变压器控制技术的研究

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基于DSP控制器的电力电子变压器控制技术的研究

作者：路耕广西大学

学位级别：硕士

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)作为能源互联网的核心装备,具有电网互联、控制自由度高、高频电气隔离以及功率因数可以调节等优点,被广泛应用在新能源发电、轨道牵引等场合。本文以两级级联型电力电子变压器作为研... 详细信息

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)作为能源互联网的核心装备,具有电网互联、控制自由度高、高频电气隔离以及功率因数可以调节等优点,被广泛应用在新能源发电、轨道牵引等场合。本文以两级级联型电力电子变压器作为研究对象,首先对于两级级联型电力电子变压器的拓扑结构和工作原理进行了说明,并对于H桥、两级级联H桥、中间隔离级及其后级逆变级的结构和数学模型进行了详细的分析。然后针对H桥的并网问题提出了一种新的并网方法,并分别对电力电子变压器的前级、中间隔离级以及后级逆变级提出了控制策略,在MATLAB/Simulink上进行了仿真,仿真结果表明本文提出的新型单相并网方法具有较好的优越性以及本文对于电力电子电压器前、中、后三级部分所提出的控制策略的有效性。在仿真验证的基础上,搭建了实验平台,主要包括H桥驱动电路板的研制以及其辅助电路的硬件设计。并对实验平台的软件部分,DSP的软件设计进行了详细的说明。为了验证本文所提出方法的有效性,分别对H桥、H桥两级级联型电力电子变压器的前级两级级联H桥,中间级双有源桥以及后级三相半桥逆变器在实物上进行了仿真,仿真结果表明本文搭建的硬件电路以及所提出的控制策略的有效性。本文的MATLAB/Simulink仿真和硬件实验结果验证了理论的可行性,为进一步实现电力电子变压器高压、大功率的控制打下了基础。

关键词：电力电子变压器载波移相spwm H桥

级联型高压变频器无速度传感器矢量控制系统的研究

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级联型高压变频器无速度传感器矢量控制系统的研究

作者：吕艳辉湖南大学

学位级别：硕士

级联型高压变频器因其可靠性高、输出完美无谐波、高功率因数等优点被而广泛应用于大功率风机、泵类的起动与变频调速中。为了满足高性能的调速需要，将具有优良控制性能的矢量控制技术应用于高压变频调速系统中逐渐成为广泛关注的热点... 详细信息

级联型高压变频器因其可靠性高、输出完美无谐波、高功率因数等优点被而广泛应用于大功率风机、泵类的起动与变频调速中。为了满足高性能的调速需要，将具有优良控制性能的矢量控制技术应用于高压变频调速系统中逐渐成为广泛关注的热点。然而要实现级联型高压变频器的矢量控制，就必须对速度进行闭环控制，但由于速度传感器的安装、维护、非线性等方面的问题，影响了高压感应电动机调速性能的简单性、廉价性和可靠性。因此，级联型高压变频器无速度传感器矢量控制技术已成为高压变频调速领域重要的研究课题。本文以级联型高压变频器为研究对象，对不同的调制方法进行了理论分析和仿真验证，并将无速度传感器矢量控制技术应用于基于SVPWM调制方法的级联型高压变频器系统中，最后对其在产品中的工程实现做了详细分析。本文主要内容如下：(1)介绍了级联型高压变频器的拓扑结构及调制方法，包括载波移相spwm和空间电压矢量SVPWM调制方法，并比较分析了这两种调制方法，后重点介绍了相移SVPWM调制技术的基本原理及实现，并通过matlab仿真对它们的输出性能进行了详细分析。(2)在感应电机动态数学模型的基础上，对基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制技术做了详细介绍，其中包括矢量控制基本方程、磁链观测模型及基于MRAS的转速辨识方法，并给出了级联型高压变频器无速度传感器矢量控制系统方案，通过仿真证明了该控制方案的可行性。(3)结合所参加的级联型高压变频器系统的设计工作，设计了级联型变频器的主电路、控制电路，给出了系统的软硬件设计，并对所设计的基于SVPWM的级联型高压变频器无速度传感器矢量控制系统进行了实验验证，并给出了各种实验波形。

关键词：级联高压变频器载波移相spwm 相移SVPWM 无速度传感器矢量控制模型参考自适应

6KV单元串联式多电平高压变频器及其定子磁场定向矢量控制策略研究

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6KV单元串联式多电平高压变频器及其定子磁场定向矢量控制策略研究

作者：谢欢东华大学

学位级别：硕士

本文研究了6KV/1000KVA单元串联多电平高压变频器主电路拓扑结构、主控制器的组成结构,功率单元的结构,分析了串联载波移相spwm调制原理。设计和实现了各种开关量输入输出电路和其实现的功能。实际测试和分析了6KV单元串联高压变频器在V... 详细信息

本文研究了6KV/1000KVA单元串联多电平高压变频器主电路拓扑结构、主控制器的组成结构,功率单元的结构,分析了串联载波移相spwm调制原理。设计和实现了各种开关量输入输出电路和其实现的功能。实际测试和分析了6KV单元串联高压变频器在VF控制方式下的各种试验波形,包括空载试验、低压大电流试验、带高压电机试验。评价了各种试验条件下的静特性、输出电压不对称度、输出频率稳定精度、输出频率分辨力和输出电压谐波。分析了三相异步电机在不同坐标系下的数学模型和坐标变换。研究了基于定子磁场定向的两种感应电机模型和其矢量控制系统的整体方案,进行了各自调节器和扰动观测器的设计。与转子磁场定向矢量控制方案进行了比较,分析了两者的异同点和优缺点。研究了电流模型、电压模型、改进电压模型和闭环状态观测器的一般理论。分析了电压模型和电流模型的优缺点及各自的适用范围和模型的稳定性。着重分析了改进电压模型由初值和直流偏置引起的误差,包括收敛速度和稳态误差。分析了导致电压模型和改进电压模型磁链抖动的根本原因。研究和仿真了常用的两种无速度传感器矢量控制的转速辨识方法—动态转速估计器和模型参考自适应法。分析了两种转速估计器设计的难点和关键,指出了导致无速度传感器矢量控制系统在低速性能差,磁链和转速波形抖动,甚至不稳定的原因,以及进一步提高性能的方法。

关键词：高压变频器单元串联多电平拓扑结构载波移相spwm 扰动观测器状态观测器模型参考自适应法

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发电厂凝泵高压变频调速系统的研究

发电厂凝泵高压变频调速系统的研究

作者：彭博安徽理工大学

学位级别：硕士

凝结水泵作为发电厂重要的辅机,其传统的控制方案存在着耗能大、流量调控性差等问题。而发电厂中带动凝结水泵的都为高压电机,因而对高压电机的调速控制是解决凝结水泵运行问题的关键。本文以带动凝结水泵的6kV高压电动机为研究对象,提... 详细信息

凝结水泵作为发电厂重要的辅机,其传统的控制方案存在着耗能大、流量调控性差等问题。而发电厂中带动凝结水泵的都为高压电机,因而对高压电机的调速控制是解决凝结水泵运行问题的关键。本文以带动凝结水泵的6kV高压电动机为研究对象,提出了采用高压变频的方式对其进行调速。论文分析了凝结水泵的实际运行工况和调速要求,进而在充分比较现阶段几种典型高压变频器拓扑结构的特点后,选择基于单元串联型高压变频器组成调速系统。按照凝泵调速系统的要求,设计了单元串联型高压变频器的主电路,且通过研究功率单元快速旁路功能来加强高压变频器运行的稳定性。调速策略采用矢量控制技术,研究了磁链观测环节、无速度传感器转速辨识环节等关键部分。针对高压变频器中功率单元串联的特性提出了载波移相spwm的控制方案。利用MATLAB对整个矢量控制系统进行仿真从而验证控制策略的可行性。高压变频器的控制部分采用了软硬件分开设计的方案,硬件设计主要是进行总体控制框架的搭建,同时完成主控DSP芯片、FPGA芯片以及PLC的选型设计以及其他重要电路的设计;而在软件设计中则主要针对DSP和FPGA两款芯片,分别完成DSP的主程序及各项子程序的设计,以及FPGA的载波移相spwm生成程序的设计。最后,结合高压变频器在现场运行中的实测数据,分析对于凝结水泵采用高压变频调速的节能效果和运行优势。总的来说,将单元串联型高压变频器应用在发电厂凝结水泵的调速上,既能大大的节约电能,又能有效地改善高压电机的调速性能,从经济和效用的角度来看,此系统具有推广的价值。

关键词：凝结水泵单元串联型矢量控制载波移相spwm 节能

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0.1Hz超低频正弦波耐压试验系统设计

0.1Hz超低频正弦波耐压试验系统设计

作者：高磊西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国城市电网改造工程的实施,大量交联聚乙烯（XLPE）电力电缆被用于城市电网中,其正常运行影响着整个电力系统的安全稳定。为了保证电力电缆的正常运行,通常采用耐压试验来检测电力电缆的绝缘状态,但是由于电力电缆的等效电容比较... 详细信息

随着我国城市电网改造工程的实施,大量交联聚乙烯（XLPE）电力电缆被用于城市电网中,其正常运行影响着整个电力系统的安全稳定。为了保证电力电缆的正常运行,通常采用耐压试验来检测电力电缆的绝缘状态,但是由于电力电缆的等效电容比较大,如果采用传统的交流耐压试验,那么对试验设备的容量要求会很高。为了减少试验设备容量,许多国家开始采用0.1Hz超低耐压试验技术来进行电力电缆耐压试验。0.1Hz超低频耐压试验技术由于试验电压频率低,所以理论上试验设备容量仅为工频耐压试验的1/500,该方法是电力电缆耐压试验检测的重要方法。本文首先介绍了O.1Hz超低频耐压试验方法的发展,并对常用电力电缆耐压试验方法的优缺点进行了比较,然后对级联多电平逆变器以及载波移相spwm调制算法进行了分析,并在此基础上对0.1Hz超低频正弦波耐压试验系统进行了设计,要求系统能够输出频率为0.1Hz且在0-30kV范围内可调的正弦波高电压,且满足10kV及以下电压等级电力电缆的耐压试验要求。该系统主要包括主电路与控制电路两部分,主电路采用了单相桥式二极管整流电路和级联多电平逆变器来进行设计,并利用LC低通滤波器来设计输出滤波电路。另外,为了实现对主电路输出电压的控制,系统采用了电压反馈PID闭环控制策略,且控制电路采用了DSP和CPLD来进行设计,CPLD主要用来与DSP协作实现载波移相spwm调制算法并产生spwm脉冲,DSP则作为系统的主控芯片用来实现试验电路信号采集与系统保护设计等功能。最后利用Matlab/Simlink平台搭建了0.1Hz超低频耐压系统的仿真模型,然后设定相关参数并进行仿真,通过对仿真结果的分析可以知道系统能够给达到设计的预期目标且系统输出的电压能够满足超低频耐压的相关标准。

关键词：耐压试验 0.1Hz超低频正弦波级联多电平逆变器载波移相spwm