模块化多电平变换器传导电磁干扰建模分析与主动抑制

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:drgsdrgs
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为新型电力电子变换器由于输出波形好等优点而成为近些年的应用和研究热点。但是MMC由于内部开关管数量众多、调制控制手段复杂、拓扑结构不同于传统变换器,而具有复杂的电磁干扰问题。电磁干扰会影响变换器自身、系统内其它设备、甚至通讯控制回路等的正常工作。因此,本文主要对MMC传导电磁干扰建模分析和主动抑制进行研究。首先,电磁兼容研究一般是基于实际设备及装置开展的,因此本文搭建了MMC电磁兼容实验与测试平台。本文从电磁兼容标准的角度出发,介绍了电力电子变换器传导电磁干扰的测试方法,由测试方法可知,测试平台的搭建分为搭建待测设备三相MMC变换器和搭建电磁兼容测试平台两部分。由此本文依次介绍了所搭建三相MMC变换器的总体结构、硬件电路设计、控制系统设计,并介绍了电磁兼容测试平台的搭建方法,包括对平台配备测试设备、进行测试布置并选取测试点等。后文的测试、建模及实验均是基于此平台进行的,MMC电磁兼容实验与测试平台的搭建奠定了本文的研究基础。然后,本文根据实际平台建立了MMC电磁干扰的高频等效模型,给出了MMC传导电磁干扰的产生机理和传导路径,分析了MMC传导电磁干扰的非解耦性和时变性两大机理特征,并根据机理特征提出了适用于MMC传导电磁干扰的预测方法。本文通过阻抗分析仪测量无源/有源器件的频率响应曲线并拟合,根据建立的模型分析干扰产生和传导机理,共模干扰和差模干扰无法解耦、干扰传导路径具有时变性,据此机理特征提出基于全干扰源替代的MMC非解耦传导电磁干扰预测法,通过仿真和实验验证了干扰机理分析的正确性以及预测方法的准确性和可行性,预测方法的预测误差在150 k Hz至4 MHz不超过10dB。最后,本文从MMC传导电磁干扰谐波分析的角度出发,提出了适用于MMC的空间扩频电磁干扰主动抑制技术,有效降低了MMC的传导电磁干扰。本文利用双傅里叶变换和矢量图推导了载波移相调制下MMC交流侧传导电磁干扰的表达式,揭示了谐波能量汇集在载波频率倍次附近的原因,并据此提出空间扩频主动抑制技术,从数学推导和能量守恒的角度解释了空间扩频技术的基本原理,给出了空间扩频技术的多种实施方案,通过仿真和实验验证了空间扩频技术降低MMC传导电磁干扰的有效性和可行性,本方法对干扰的抑制效果达12dB以上。
其他文献
碳化硅(Silicon Carbide,SiC)绝缘栅双极型晶体管(Insulated-Gate-BipolarTransistor,IGBT)器件因其材料的优势而具有更快的开关速度和更高的阻断电压,但同时也给驱动电路设计带来了更大的挑战。对于柔性直流输电系统几百千伏的直流母线电压,单只器件难以满足耐压方面的需求,器件的串联使用是一种可行的解决方案。因此,对于各串联器件之间的电压不均衡,同样是一个
学位
随着新能源大规模接入电力系统,局部电网中电力电子设备逐渐占据主导地位,新能源并网电力系统呈现出不同于传统同步机主导电力系统的特性,而我国新能源发电远距离、大规模、高度集中的特点进一步导致局部电网架构薄弱,因此,一旦电网发生故障,即便是浅度故障,系统的稳定运行也将受到较大威胁。作为新能源与电力系统的接口设备,并网变换器暂态过程中能否保持稳定运行直接影响着电力系统的稳定性。而并网变换器作为功率传输器件
学位
由于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有高度模块化、波形质量高、运行损耗较低等优良特性,基于MMC的柔性直流输电技术在我国电力系统中得到了广泛应用。近年来,国内多个柔性直流输电工程在运行或调试过程中出现了高频振荡现象。现有工作针对MMC小信号建模和系统高频振荡机理展开研究,并提出了相应的抑制策略,但现有文献采用较多的简化阻抗模型在较低频段存在一
学位
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有波形质量好、模块化程度高等优势。电容作为MMC子模块中最大的储能元件,降低子模块电容电压波动对提高MMC功率密度,实现MMC轻型化具有重要意义。在降低子模块电容电压波动的方案中,飞跨电容MMC(Flying-Capacitor MMC,FC-MMC)以其良好的性能得到了广泛的关注。利用SiC MOSFET低开
学位
随着传统化石能源的消耗与生态环境恶化,针对风能、太阳能等可再生能源的开发与利用的新能源发电得到日益重视。并网变换器作为将新能源连接至电网的关键接口设备,影响着发电系统的稳定运行。而我国新能源发电大规模、高集中度和长距离的特征使得电网呈现出弱电网特性,电网强度的降低加剧了电力系统稳定性问题。当电网发生故障时,并网变换器存在失稳脱网风险;而深度故障下并网变换器将会切换控制策略,使得稳定性问题更加复杂。
学位
传统硅基半导体器件,受限于硅材料的物理特性和制造工艺,已无法满足电力电子变换器对高频和高功率密度的需求。碳化硅(Silicon Carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)作为第三代宽禁带半导体器件的代表,具有高开关速度,耐高温,低导通损耗的特点,是未来电力电子变换器的优先选
学位
随着全球工业化进程不断加强,目前一些大型电力电子系统如微电网、电动汽车、的输出功率不断升高,已由k W级别提升到MW级别。提高电力电子系统的母线电压是减小高输出功率系统损耗,保证其经济性与安全性的最好做法。目前大型电力电子系统的直流母线已由400 V提高至700 V-900 V,这离不开Si C MOSFET模块的大力发展与三电平Boost变换器电路结构的更迭创新。为了同时满足高输出电压与高输出功
学位
无线电能传输技术与传统的有线电力传输相比,具有方便、安全、可靠等优点。该技术应用中,信息通常需要与能量同步传输,以实现某些特殊目的,例如实现最大功率传输、电动汽车充电中电池状态的在线监测等。本文以无线电能与信息同步传输(Wireless Power and Information synchronous Transmission,WPIT)技术为研究对象,重点研究了无线能量与信息的耦合干扰特性、全
学位
在工业4.0中,电磁式振动能量收集因其绿色环保、低维护成本的优势有望替代化学电池成为无线传感网络实现自供电的方案。而能量管理电路是电磁式振动能量收集系统中实现能量高效传输和利用的关键部分。本文对能量管理电路进行了现状调研,发现在电能变换方面,缺少适用于低压单级AC-DC变换器的器件选型方案;在能量传输方面,缺少针对单级式AC-DC变换器的最大功率跟踪方案设计,且现有的自启动方案对输入源的能量利用率
学位
随着能源结构转型的开展,分布式电源、直流负载、储能等接入配电系统,传统交流配电网难以适应新形势下对高供电可靠性和高新能源消纳率的需求,直流配电网应运而生。本文以中压直流配电网作为研究对象,针对直流电压的协调控制和直流故障的处理技术进行了深入研究,提高系统运行的安全可靠性。本文首先对比了辐射状、环状、手拉手状直流配电网的拓扑结构,综合供电可靠性和结构复杂性选择多端手拉手状中压直流配电网作为研究对象。
学位