现代电力电子技术发展论文提纲

论文题目：全模块式电力电子变压器控制方法研究

摘要：随着科技的进步,各国对新能源的研究也日益发展,目前已经能对风能、太阳能和潮汐能进行合理利用。然而传统变压器本身具有局限性,不能很好的处理新能源接入电网带来的电网能量流动复杂多变、电网电压不对称和频率偏差等电能质量问题。随着现代电力电子技术的日趋成熟,高压大功率器件已可投入实际使用,电力电子变压器成为了电网中完成电压变换的最好选择。其中基于模块化多电平变换器结构的电力电子变压具有很好的控制能力,发展前景有力。首先,论文对电力电子变压器的研究背景及意义进行了概述,对电力电子变压器的发展过程进行了回顾,并列举分析了几种典型的拓扑结构;针对当前热门的模块化多电平型拓扑结构,对其相关技术的研究现状进行了介绍。论文设计了一种全模块式的电力电子变压器拓扑,该拓扑为三级式结构,接着对变压器中的各级拓扑结构和采用的子模块进行了说明,并详细阐述了子模块的工作原理,在此基础上完成了各级结构数学模型的建立。其次,确定了系统的基本换流控制策略为双闭环结构控制,并对双闭环中的传统控制方式进行了分析和改进,采用了基于内模控制的内环电流控制策略和基于自抗扰的外环控制策略,提高了对系统的控制能力;通过对系统环流的分析,结合自抗扰环流控制策略实现对环流的抑制,提高系统的环流抑制效率。在调制控制方面,系统选用最近电平逼近策略对系统进行调制,在此基础上提出了基于极值索引排序的均压策略,并针对子模块的开关频率进行了优化,以此提升均压效果并降低系统开关频率。论文最后对全模块式电力电子变压器的主电路参数以及硬件软件进行了设计,然后利用MATLAB仿真平台对各级结构和整体系统进行了模型搭建,对换流控制策略、环流抑制策略和均压优化策略进行了仿真分析,仿真结果证明了所采用的策略具有相应的控制效果,能符合预期控制需求。

关键词：电力电子变压器;变换器;模块化;控制;均压

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 课题研究背景意义

1.2 电力电子变压器的发展历程与典型拓扑结构

1.2.1 电力电子变压器的发展历程

1.2.2 电力电子变压器的典型拓扑结构

1.3 模块化多电平技术的国内外研究现状

1.3.1 数学模型研究现状

1.3.2 控制策略研究现状

1.3.3 环流抑制策略研究现状

1.4 论文主要研究内容

第2章 全模块式PET的工作原理与数学建模

2.1 全模块式电力电子变压器拓扑结构与工作原理

2.1.1 整体拓扑结构

2.1.2 输入级拓扑结构

2.1.3 隔离级拓扑结构

2.1.4 工作原理

2.2 子模块工作原理

2.2.1 半桥型子模块

2.2.2 全桥型子模块

2.3 全模块式电力电子变压器数学模型

2.3.1 输入级数学模型建立

2.3.2 隔离级数学模型建立

2.4 本章小结

第3章 全模块式PET的功率控制策略

3.1 基于双闭环结构的换流控制策略

3.2 基于内模控制的内环控制策略

3.2.1 经典PID控制原理

3.2.2 传统PI内环控制结构

3.2.3 内模控制基本原理

3.2.4 内模控制器的设计

3.2.5 内环电流的内模控制策略

3.3 基于自抗扰的外环控制策略

3.3.1 传统外环PI控制结构

3.3.2 自抗扰控制介绍

3.3.3 自抗扰控制原理

3.3.4 外环自抗扰控制策略

3.4 环流抑制策略

3.4.1 环流特性分析

3.4.2 基本环流抑制策略

3.4.3 自抗扰环流抑制策略

3.5 本章小结

第4章 基于PWM调制的全模块式PET均压策略

4.1 MMC基本调制方法

4.1.1 载波移相PWM调制

4.1.2 载波层叠PWM调制

4.1.3 最近电平逼近PWM调制

4.2 基于最近电平逼近调制的排序均压策略

4.2.1 最近电平逼近调制原理

4.2.2 MMC均压原理分析

4.2.3 传统均压策略排序方法

4.3 基于极值索引排序的均压优化策略

4.3.1 极值索引排序法理论

4.3.2 极值索引排序法原理

4.3.3 开关频率优化

4.3.4 均压优化策略总体流程

4.4 本章小结

第5章 全模块式PET设计与运行仿真

5.1 220kV/66kV/35kV全模块式PET的主电路设计

5.1.1 拓扑结构设计

5.1.2 子模块电容参数的设计

5.1.3 桥臂电感参数的设计

5.2 二次电路的硬件设计

5.2.1 原理框架结构设计

5.2.2 DSP芯片选型设计

5.2.3 采样电路设计

5.2.4 保护电路设计

5.2.5 控制驱动电路设计

5.3 软件设计

5.4 模型搭建

5.4.1 输入级模型搭建

5.4.2 隔离级模型搭建

5.4.3 输出级和整体模型搭建

5.5 仿真结果分析

5.5.1 排序方法的效率验证

5.5.2 输入级仿真结果分析

5.5.3 隔离级仿真结果分析

5.5.4 输出级仿真结果分析

5.5.5 整体系统仿真结果分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢