【摘 要】
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随着电力驱动在工程领域的广泛应用,研究高性能的电力电子换流器及其控制策略具有重要意义。相比于传统电力电子换流器,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）因其高度模块化、易于冗余设计以及高质量输出等特点,被认为最具应用前景的电力电子换流器之一,非常适合中高压大功率变频驱动场合。然而,MMC变频驱动系统属于多变量非线性强耦合系统,对其控制具有一定的难度。本
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随着电力驱动在工程领域的广泛应用,研究高性能的电力电子换流器及其控制策略具有重要意义。相比于传统电力电子换流器,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）因其高度模块化、易于冗余设计以及高质量输出等特点,被认为最具应用前景的电力电子换流器之一,非常适合中高压大功率变频驱动场合。然而,MMC变频驱动系统属于多变量非线性强耦合系统,对其控制具有一定的难度。本文围绕MMC变频驱动控制中的关键问题开展研究。介绍了MMC的拓扑结构以子模块（submodule,SM）的工作模式,分析了MMC的运行原理,建立了MMC的基础数学模型。在此基础上,完成了三相MMC实验平台搭建。针对MMC的输出电流和环流控制问题,采用了模型预测控制（model predictive control,MPC）方法,建立了各控制目标预测模型及代价函数;讨论了N+1电平与2N+1电平滚动寻优方式。由于MPC计算负担大,故提出了基于简化有限集的MPC优化方法,避免了对所有有限集进行滚动寻优。针对SM电容电压平衡问题,提出了一种基于FPGA并行比较排序的SM均压方法,该方法能够节省排序时间,提高系统实时性。利用仿真与实验进行了验证。针对低频SM电容电压波动问题,详细分析了SM电容电压波动的原因,根据能量变化计算得到了SM电容电压波动方程。提出了一种低频抑制策略,该方法通过加速SM电容充放电过程以达到抑制SM电容电压波动的目的,避免了传统方法中高频环流的计算过程。通过仿真与实验对该策略的有效性进行了验证。以永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）作为驱动对象,推导了基于MMC的PMSM电流预测模型,设计了MMC变频驱动控制系统,利用仿真与实验对MMC变频驱动控制策略的有效性进行验证。
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