基于ETherCAT的模塊化多電平變流器控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、模塊化多電平換流器(MMC)由于模塊化易擴(kuò)展、冗余特性好、輸出諧波含量低、功率器件開關(guān)頻率低等，成為近年來的研究熱點。在工程中，為了實現(xiàn)高壓大容量、輸出波形質(zhì)量高等目標(biāo)，MMC一般需要幾十甚至上百個子模塊級聯(lián)，這就帶來了一系列難點。其難點主要包括:1）單一控制器難以處理MMC的控制問題，需要用多控制器協(xié)調(diào)控制的方法實現(xiàn)控制策略，同時需要可靠、高速、大容量的通信方式將控制器連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，造成多控制器協(xié)調(diào)控制難度增大。2）子模塊與控

2、制器之間既要通過高速通訊以達(dá)到實時控制的目標(biāo)，同時還要實現(xiàn)各個控制器之間載波信號的精確同步，這就造成控制系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本都大大增加。
　　本文首先詳細(xì)分析了對MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，推導(dǎo)了MMC正常工作時上下橋臂電壓、上下橋臂電流、環(huán)流、交流輸出電壓及和交流輸出電流之間的關(guān)系，給出了共模等效模型和差模等效模型，重點分析了NLM調(diào)制的MMC調(diào)制策略，詳細(xì)介紹了EtherCAT技術(shù)的工作原理及分布時鐘功能。其次分析了橋臂子模塊電

3、容電壓波動與橋臂二倍頻環(huán)流的產(chǎn)生機(jī)理，推導(dǎo)了不同工作情況下的MMC能量流動形式，構(gòu)建了通用數(shù)學(xué)表達(dá)式，并依據(jù)理論分析與推導(dǎo)，構(gòu)建了外能量環(huán)控制器、內(nèi)能量環(huán)控制器、二倍頻環(huán)流控制器等。
　　本文引入實時以太網(wǎng)EtherCAT通訊技術(shù)，提出一種基于EtherCAT總線技術(shù)的MMC系統(tǒng)控制方案，并設(shè)計了一臺九電平MMC實驗平臺樣機(jī)。本文主要介紹:MMC硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件控制方案。其中硬件系統(tǒng)設(shè)計主要包括MMC硬件系統(tǒng)框架設(shè)計、控制系統(tǒng)電