級聯(lián)H橋多電平變頻器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文針對高壓大功率級聯(lián)H橋多電平變頻器的關(guān)鍵技術(shù)，重點研究載波移相脈寬調(diào)制優(yōu)化策略、載波相位計算方法、變頻器失電跨越策略以及針對過調(diào)制問題的失電跨越優(yōu)化策略。
　　級聯(lián)H橋單元的直流電源參數(shù)差異等多種因素都會導致單元直流電壓不相等。在H橋單元直流電壓不相等工況下，傳統(tǒng)載波移相脈寬調(diào)制策略無法消除變頻器輸出電壓的低頻邊帶諧波。另一方面，大功率變頻器的開關(guān)頻率通常比較低，開關(guān)頻率與兩倍開關(guān)頻率附近邊帶諧波的頻率也比較低。在實際應用中，

2、諧波頻率越低，對負載的影響越大。本文應用雙重傅立葉法分析電壓諧波。在此基礎上，提出根據(jù)單元直流電壓調(diào)整單元載波相位的載波移相脈寬調(diào)制優(yōu)化策略。
　　根據(jù)單元直流電壓調(diào)整載波相位，必須求解相關(guān)的超越方程組。現(xiàn)有的數(shù)學工具難以直接求解本文的超越方程組。本文根據(jù)方程組的特點，優(yōu)化粒子群算法與人工蜂群算法，搜索載波相位的精確解。粒子群或人工蜂群等智能搜索算法，需要較多的計算資源，現(xiàn)有的控制器難以承擔。本文提出智能算法離線求解、在線查表與線

3、性插值計算相結(jié)合的方法，快速計算載波相位。
　　在工業(yè)生產(chǎn)領域，高壓大功率變頻器周邊大功率設備的起動、故障與負載沖擊等多種因素，都有可能導致電網(wǎng)電壓大幅跌落甚至失電。電網(wǎng)電壓大幅度跌落，極有可能導致變頻器停機，破壞工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，造成經(jīng)濟損失，甚至引發(fā)生產(chǎn)事故。本文設計了高壓大功率級聯(lián)H橋多電平變頻器的失電跨越策略。失電跨越必須首先穩(wěn)定變頻器總直流電壓，即所有H橋單元直流電壓總和。其次，必須調(diào)節(jié)反灌入A、B與C相電路的有功功率，

4、實現(xiàn)A相N個級聯(lián)H橋單元直流電壓之和（UdcA）、B相電路N個級聯(lián)H橋單元直流電壓之和（UdcB）與C相電路N個級聯(lián)H橋單元直流電壓之和（UdcC）基本相等的目的。本文提出的均壓控制策略，利用失電跨越工況變頻器輸出電流幅值相對穩(wěn)定的特點，根據(jù)UdcA、UdcB、UdcC與電機三相電流相位，生成零序電壓，調(diào)節(jié)反灌入A、B與C相電路的有功功率。與應用于STATCOM等其它類型變頻器的均壓控制策略相比，本文提出的策略受傳感器檢測誤差的影響比較

5、小。最后，必須控制反灌入單相電路內(nèi)部 N個級聯(lián) H橋單元的有功功率，達到級聯(lián)單元直流電壓都基本相等的目的。單元直流電壓均壓控制策略，必須覆蓋電機轉(zhuǎn)速高于0.70倍額定值的失電跨越工況。考慮到該工況下的單元直流電壓均壓控制的線性可控區(qū)域比較小的問題，本文提出的均壓控制策略能夠合理分配各個級聯(lián)單元的線性可控區(qū)域，獲得良好的均壓控制效果。
　　受限于電網(wǎng)失電檢測延時等多種因素，電機大負載、高轉(zhuǎn)速運行工況下的變頻器失電跨越的初始階段，變頻

6、器直流電壓比較低，又必須輸出高幅值的交流電壓，難免出現(xiàn)過調(diào)制現(xiàn)象。變頻器過調(diào)制導致總直流電壓控制性能下降，以及A、B與C相電路N個級聯(lián)H橋單元直流電壓之和（UdcA、UdcB與UdcC）的均壓控制性能下降。在某些極端工況下，過調(diào)制極有可能導致變頻器失電跨越失敗。本文提出了變頻器總直流電壓控制的優(yōu)化策略，改善總直流電壓控制性能；提出了UdcA、UdcB與UdcC均壓控制的優(yōu)化策略，改善均壓控制性能。以上兩個優(yōu)化策略，提高了變頻器失電跨越性