郑 征,崔 灿,张 朋

(河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454000)

基于模块化多电平换流器的新型高压变频器拓扑及其控制

郑 征,崔 灿,张 朋

(河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454000)

为使煤矿设备高效利用能源,达到节能减排的目的,提出了基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的新型高压变频器。概述了其基本结构,分析了MMC拓扑及工作机制。以逆变侧为研究对象,建立MMC数学模型,采用建模排序法控制子模块电容电压稳定平衡,通过与不同调制算法对比,载波正负反相层叠脉冲宽度调制技术(POD-PWM)的优势得以凸显。以Matlab-Simulink及RT-Lab半实物仿真设备为实验平台,搭建上位机控制器,实验结果显示换流器运行正常、电容电压稳定平衡,输出电能质量高,谐波含量小,证明了提出的载波正负反相层叠与电压稳定平衡控制相结合的控制策略的可行性,并得出了实验条件下的最佳三角载波频率。

高压变频器;模块化多电平换流器;调制算法;建模排序法电压稳定平衡控制;RT-Lab

随着工业发展,能源矛盾日益突出,节能减排已成为我国基本国策。煤矿企业既是产能大户,也是耗能大户,矿用大型动力设备主要包括提升机、运输机、风机、水泵等高压大功率装置。目前,传统电压源型交-直-交高压变频器,其拓扑无论是二极管箝位型结构、飞跨电容型结构、H级联桥串联结构等,大都无法实现四象限运行,这种变频器不能直接用于像矿用提升机等需要快速启动、制动,频繁正反转的调速系统,且制动能量无法直接回馈给电网,不能达到节能的效果;同时还存在网侧电流波形畸变严重,含有大量的低次谐波,形成电力公害等问题[1-6],一定程度上造成了煤矿生产成本的升高。……