【摘 要】
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模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新型电压源型变换器拓扑结构,其高度模块化、易扩展、输出电压谐波小、可靠性高等优点,使它在柔性高压直流输电领域得到了广泛的应用。本文将其引入牵引传动系统中,以单相MMC作为有源前端,替代工频牵引变压器。围绕拓扑工作原理及特点、调制策略、控制策略和稳定性分析等关键技术展开了以下研究:详细分析了单相MMC作为四象
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模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新型电压源型变换器拓扑结构,其高度模块化、易扩展、输出电压谐波小、可靠性高等优点,使它在柔性高压直流输电领域得到了广泛的应用。本文将其引入牵引传动系统中,以单相MMC作为有源前端,替代工频牵引变压器。围绕拓扑工作原理及特点、调制策略、控制策略和稳定性分析等关键技术展开了以下研究:详细分析了单相MMC作为四象限变换器的工作原理,推导了单相MMC的数学模型;研究了单相MMC的环流特性,从能量角度深入分析了单相MMC拓扑与三相MMC拓扑以及传统单相PWM整流器之间的相同与不同之处。重点分析了单相MMC拓扑的直流侧二次脉动,研究了子模块电容电压、直流侧电压与环流之间的关系。研究了适用于单相MMC拓扑的调制与控制策略,其中调制策略采用了载波移相法,控制策略主要包含启动控制、单相锁相环、双闭环电压电流控制、电容电压平衡控制以及环流抑制几个部分。进行了仿真和双闭环实验,仿真及实验结果验证了控制策略的正确性和可行性。研究了MMC阻抗模型的建模方法,采用谐波状态空间(Harmonic state space,HSS)理论,分别建立了单相MMC交流侧的开环和闭环阻抗模型,并通过仿真验证了模型的准确性。研究了开环及闭环阻抗模型对主电路参数及控制器参数选取的指导意义。
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