基于模塊化多電平換流器的新型高壓變頻器拓撲及其控制

鄭 征,崔 燦,張 朋

(河南理工大學電氣工程與自動化學院,河南焦作 454000)

基于模塊化多電平換流器的新型高壓變頻器拓撲及其控制

鄭 征,崔 燦,張 朋

(河南理工大學電氣工程與自動化學院,河南焦作 454000)

為使煤礦設備高效利用能源,達到節能減排的目的,提出了基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的新型高壓變頻器。概述了其基本結構,分析了MMC拓撲及工作機制。以逆變側為研究對象,建立MMC數學模型,采用建模排序法控制子模塊電容電壓穩定平衡,通過與不同調制算法對比,載波正負反相層疊脈沖寬度調制技術(POD-PWM)的優勢得以凸顯。以Matlab-Simulink及RT-Lab半實物仿真設備為實驗平臺,搭建上位機控制器,實驗結果顯示換流器運行正常、電容電壓穩定平衡,輸出電能質量高,諧波含量小,證明了提出的載波正負反相層疊與電壓穩定平衡控制相結合的控制策略的可行性,并得出了實驗條件下的最佳三角載波頻率。

高壓變頻器;模塊化多電平換流器;調制算法;建模排序法電壓穩定平衡控制;RT-Lab

隨著工業發展,能源矛盾日益突出,節能減排已成為我國基本國策。煤礦企業既是產能大戶,也是耗能大戶,礦用大型動力設備主要包括提升機、運輸機、風機、水泵等高壓大功率裝置。目前,傳統電壓源型交-直-交高壓變頻器,其拓撲無論是二極管箝位型結構、飛跨電容型結構、H級聯橋串聯結構等,大都無法實現四象限運行,這種變頻器不能直接用于像礦用提升機等需要快速啟動、制動,頻繁正反轉的調速系統,且制動能量無法直接回饋給電網,不能達到節能的效果;同時還存在網側電流波形畸變嚴重,含有大量的低次諧波,形成電力公害等問題[1-6],一定程度上造成了煤礦生產成本的升高。……