三相多電平變流器電壓平衡、箝位策略與調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、電壓源型多電平變流器因其輸出電平等級多，輸出電壓THD小，在高壓大功率場合有較大的市場需求和應(yīng)用前景，因而具有重大的研究意義和價值。雖然在工業(yè)場合電壓型變流器已經(jīng)有很多應(yīng)用，但由于種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對其研究的步伐遠(yuǎn)未停止。本文針對適合飛跨電容筘位型變流器載波PWM調(diào)制方法，二極管箝位型變流器直流端電容電壓難平衡的問題，三相三電平(VIENNA結(jié)構(gòu))整流器的控制和滯環(huán)電流控制在多電平中的應(yīng)用展開了工作。 針對飛跨電容型多電平變流器

2、，從載波相移PWM方法和消諧波PWM方法的特點差異出發(fā)，結(jié)合飛跨電容型結(jié)構(gòu)電容電壓平衡機(jī)理，對適合該結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)載波PWM調(diào)制方法的構(gòu)造和由來進(jìn)行詳細(xì)分析；利用雙重傅立葉變換，從本質(zhì)上定量推出應(yīng)用該P(yáng)WM方法時輸出電壓的諧波特性，并通過在高調(diào)制度和低調(diào)制度情況下三電平和五電平逆變器的仿真和三電平逆變器的實驗進(jìn)行驗證。推導(dǎo)和仿真實驗結(jié)果表明旋轉(zhuǎn)載波PWM方法與消諧波PWM方法在諧波性能上本質(zhì)是相同的，它們相電壓中載波頻率處諧波集中了該諧波帶

3、的絕大部分能量，這一諧波在合成線電壓時得以抵消，所以線電壓諧波性能最好，最易于用濾波器濾除。與載波相移方法相比，它不僅能夠提高系統(tǒng)的等效開關(guān)頻率，實現(xiàn)電容電壓的自平衡，并且由于載波之間沒有相移，采用該方法得到的輸出線電壓諧波含量明顯要小。本文對載波交疊特性在飛跨電容型中的應(yīng)用也進(jìn)行了研究，得出適于二極管箝位型的單純載波交疊PWM方法對飛跨電容電壓的平衡沒有貢獻(xiàn)的結(jié)論，無法將其直接用于該拓?fù)渲小榱税演d波交疊特性用于飛跨電容型中，提出一種

4、既具有載波交疊特性，又能實現(xiàn)飛跨電容電壓自平衡的新型載波PWM方法，并通過三電平逆變器的實驗驗證該方法的效果。 針對傳統(tǒng)二極管箝位型多電平中直流端電容電壓難以平衡的問題，本文從硬件角度出發(fā)，提出一種基于混和筘位技術(shù)的三相四橋臂多電平變流器拓?fù)?，該拓?fù)湓趥鹘y(tǒng)二極管型拓?fù)浠A(chǔ)上增加了第四橋臂來充當(dāng)箝位橋臂。與已有基于混和箝位技術(shù)的三相變流器拓?fù)湎啾?，該新型拓?fù)淠艽蟠鬁p少所用有源器件的數(shù)量，實現(xiàn)筘位開關(guān)和主開關(guān)器件的完全解耦，因此可以

5、對它們進(jìn)行獨立控制。這一特性使得新型拓?fù)淠懿患痈淖兊牟捎脗鹘y(tǒng)二極管型多電平拓?fù)渌姓{(diào)制策略和控制方法，同時不用折衷考慮電容電壓平衡，這在已有混和箝位拓?fù)涫遣荒茏龅降?。通過對三電平和五電平逆變器的仿真以及三電平逆變器的實驗，驗證了新型拓?fù)涞碾娙蓦妷浩胶庑Ч?。該新型拓?fù)湓陔娖綌?shù)大于五的應(yīng)用場合具有很大的應(yīng)用潛力。 針對VIENNA結(jié)構(gòu)整流器，比較了一種單相三電平Boost功率因數(shù)校正整流器與其在結(jié)構(gòu)和控制上的相似之處，把該單相三電平

6、整流器的控制策略拓展到三相三電平整流器(VIENNA)中，此控制方法成本低廉、思路清晰、電路簡易可靠，開關(guān)管工作在恒頻率下，承受最大電壓為輸出電壓的一半。通過仿真和實驗結(jié)果驗證了控制方法是有效的。 針對滯環(huán)電流控制在多電平變流器中的應(yīng)用，本文以有源電力濾波器系統(tǒng)為仿真平臺，采用無偏置量滯環(huán)電流控制對以飛跨電容型變流器為主變換器的有源濾波器系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究其響應(yīng)特性；并對基于空間矢量概念的滯環(huán)電流控制在三相四橋臂三電平變流器的應(yīng)用