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适用于矿井提升机控制的模块化多电平变流器研究

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 矿井提升机中应用的多电平变流器概况

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 适用于矿井提升机的MMC结构

2.1 模块化多电平变流器的拓扑结构

2.2 MMC的工作原理

2.3 MMC的数学模型

2.4 适用于提升机控制的MMC调制策略

2.5 基于MMC的PWM整流器

2.6 本章小结

第3章 矿井提升机运行时MMC子模块电容电压波动分析及抑制方法

3.1 MMC子模块电容电压波动分析

3.2 子模块电容电压低频波动抑制方法

3.3 仿真结果与分析

3.4 本章小结

第4章 适用于矿井提升机控制的MMC实验平台设计

4.1 系统结构与组成

4.2 控制电路设计

4.3 子模块功率单元设计

4.4 桥臂电感设计

4.5 系统软件设计

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读研究生期间所发表的学术论文

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摘要

随着电气传动技术的飞速发展,多电平变流器已在矿井提升机中得到了广泛应用,对改善设备性能和节能减排具有重大的意义。模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)以其独特的结构优势,弥补了传统多电平变流器的许多不足,特别适用于中高压大功率场合。将MMC应用于矿井提升机具有较高的发展前景和实用价值。本文主要对用于矿井提升机控制的模块化多电平变流器进行了研究。
  首先,对比了目前应用在矿井提升机中的三种多电平变流器结构优缺点,分析了MMC自身的诸多优点和不足。然后在矿井提升机的应用背景下,介绍了MMC的工作原理、数学模型和调制方式,并研究了用于提升机控制的背靠背MMC前端PWM整流器的结构和控制方法。
  其次,分析了MMC在应用于矿井提升机运行时子模块电容电压的波动规律。通过数学推导得到了电容电压波动幅值的表达式,得出了电容电压波动幅值与电流幅值和基波频率之间的关系。研究了一种抑制电容电压低频波动的控制算法,将MMC低频运行时的电压波动抑制在合理的范围内,并通过Matlab/Simulink搭建模型对该控制算法进行了仿真验证。
  最后,设计和搭建了用于模拟矿井提升机运行控制的三相10KW MMC实验平台,其中控制器采用DSP和CPLD的两级控制结构。对系统控制电路、主电路和子模块电路的设计进行了详细说明。最后设计了提升机控制程序和驱动程序,并给出了相关实验波形。

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