三電平背靠背變換器的控制策略研究.pdf

1、二極管箝位型三電平背靠背變換器在諸如軋鋼、礦井提升、艦船推進(jìn)、風(fēng)力發(fā)電等中高壓大功率領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的研究價(jià)值。本文重點(diǎn)就三電平背靠背變換器中涉及到的中點(diǎn)電位平衡控制、死區(qū)和窄脈沖問題處理、低開關(guān)頻率的SHEPWM調(diào)制以及背靠背系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的討論和研究。
　　針對(duì)三電平變換器固有的中點(diǎn)電位波動(dòng)問題，在闡明中點(diǎn)電位、平均中點(diǎn)電流和零序電壓間關(guān)系的基礎(chǔ)上，指出可通過調(diào)整零序電壓來改變平均中點(diǎn)電流最終控制

2、中點(diǎn)電位。以此思路為指導(dǎo)，研究了三種中點(diǎn)電位平衡控制的方法。搜索尋優(yōu)法通過遍尋全部可選的零序電壓，計(jì)算和比較對(duì)應(yīng)平均中點(diǎn)電流和需補(bǔ)償中點(diǎn)電流的大小，最終確定最優(yōu)的零序電壓注入。最優(yōu)零序電壓注入法得到了平均中點(diǎn)電流和零序電壓的直接表達(dá)式關(guān)系，通過插值的方法計(jì)算得到最優(yōu)的零序電壓。兩種方法均能有效抑制中點(diǎn)電位的不平衡，但仍然存在低頻電壓波動(dòng)。為解決中點(diǎn)電位的低頻波動(dòng)問題，研究了一種雙調(diào)制波的中點(diǎn)電位平衡控制方法。通過重構(gòu)調(diào)制波，能夠直接控制

3、一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)平均中點(diǎn)電流始終為零，完全消除了中點(diǎn)電位的低頻波動(dòng)，且對(duì)調(diào)制度和功率因數(shù)均不敏感。
　　針對(duì)中高壓大功率系統(tǒng)中嚴(yán)重的死區(qū)和窄脈沖問題，在深入分析三電平變換器死區(qū)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，介紹并比較了三種死區(qū)補(bǔ)償方法，得出了采用d-q坐標(biāo)系的濾波電流反饋死區(qū)控制和基于γ～δ坐標(biāo)系的零電流箝位矯正的死區(qū)補(bǔ)償方法能夠有效抑制零電流箝位問題，效果較好。研究并指出了傳統(tǒng)的窄脈沖補(bǔ)償方法或是存在補(bǔ)償時(shí)導(dǎo)致三相不平衡，或是會(huì)在補(bǔ)償某一相時(shí)在其

4、他相引入新的窄脈沖問題，提出了一種兼顧三電平中點(diǎn)電位平衡控制的窄脈沖處理方法。直接計(jì)算窄脈沖對(duì)調(diào)制波的限制，在完全避免窄脈沖的同時(shí)對(duì)中點(diǎn)電位平衡控制的影響也極小。
　　為應(yīng)對(duì)大功率機(jī)車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)變換器開關(guān)頻率的限制，在詳細(xì)介紹三電平SHEPWM調(diào)制技術(shù)基本原理、角度計(jì)算、曲線擬合和數(shù)字實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，以三電平SHEPWM調(diào)制為核心，配合三電平的異步調(diào)制和同步調(diào)制，提出了一套具有較寬調(diào)速范圍的低開關(guān)頻率的混合三電平PWM調(diào)制策略。

5、深入分析了不同調(diào)制方式之間平滑切換的必要條件，保證了不同調(diào)制間的平滑過渡。
　　三電平背靠背變流系統(tǒng)整流和逆變側(cè)的協(xié)調(diào)控制是系統(tǒng)高性能運(yùn)行的保證。本文從背靠背系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制和中點(diǎn)電位協(xié)調(diào)控制兩個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)背靠背系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制，研究了兩種前饋控制方法。闡明了三電平變換器中點(diǎn)電位波動(dòng)特性，指出在相同調(diào)制比下，功率因數(shù)越低，中點(diǎn)電位波動(dòng)幅值越大，在相同的功率因數(shù)條件下，調(diào)制比越大，中點(diǎn)電位波動(dòng)幅值越大。最終得到了