关键词：
模块化多电平换流器
电容电压控制
电容电压波动
冗余模块配置
电机拖动系统
预充电
PSCAD
摘要：
随着社会经济的高速发展,人们对电能的需求量日益增加,合理利用电能也变得更加迫切。电机拖动系统的用电量在全社会用电总量中占了较大比重,研究合理的拓扑结构以其高效的控制方法对于节约电能是有着重要意义的,而模块化多电平换流器(MMC)凭借其在多电平领域的诸多优势,受到了专家学者们的广泛关注,将其应用到电机控制领域将是一个不错的思路。首先,根据模块化多电平换流器的电路结构及其子模块的工作状态,建立了等效电路,详细阐述了工作原理和子模块电容电压的控制方法,并推导得到了子模块电容电压和环流表达式,在此基础上,深入研究了减小子模块电容电压波动幅度的方法和优化MMC冗余模块配置的方法。其次,确定了基于MMC的电机拖动系统的拓扑结构,研究了整流侧MMC和逆变侧MMC的控制方法,在此基础上,详细叙述了模块化多电平换流器的预充电方法,并提出了一种快速、有效且适用于背靠背式MMC换流器结构的预充电方法。然后,在PSCAD软件中搭建了基于MMC的电机拖动系统的仿真模型,结果表明：当充电时,充电瞬间的冲击电流小,且所有子模块电容电压快速、平衡上升到目标值；当正常运行时,整流侧功率因数高,且输出波形质量较好,而逆变侧带电机负载工作,动态响应速度快,子模块电容电压稳定,从而验证了控制方法的可行性。最后,确定了控制系统的整体框架结构,并对其进行了软硬件设计,搭建了三相实验平台,完成了样机实验,分析实验结果验证了拓扑结构和控制方法的可行性和有效性。
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