基于虛擬正交源電壓合成策略的直接AC-AC變換拓撲與控制技術(shù)研究.pdf

1、交交功率變換是電力電子學四大變換之一，是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的主要研究應(yīng)用方向。帶有中間直流單元的整流——逆變形式交交變流器普遍存在儲能元件價格昂貴、壽命短、功率密度低等缺點，因此研究無儲能元件的直接交交變流器技術(shù)一直是本領(lǐng)域的研究熱點。本論文對交交功率變換領(lǐng)域的諸多拓撲結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用領(lǐng)域進行了廣泛綜述，針對直接交交斬波器拓撲難以實現(xiàn)任意給定電壓輸出的問題，提出了應(yīng)用于該類拓撲的，實現(xiàn)任意給定頻率、相位、幅值交流電壓輸出的虛擬正交源優(yōu)化電壓合

2、成策略，進而拓展了該類拓撲的應(yīng)用范圍，在多個交交功率變換領(lǐng)域得到一系列高可靠的新型直接交交交流解決方案。
　　首先，基于最簡單的Buck型交流斬波器，推導得出采用時交占空比給定控制、輸出電壓零序分量對消方式，在三相交流斬波器拓撲中產(chǎn)生需要的基頻正序分量，諧波頻率正序分量和諧波頻率負序分量，進而得到任意頻率、相位、幅值的三相交流輸出電壓的虛擬正交源電壓優(yōu)化合成策略，同時有效解決控制過程中產(chǎn)生的額外諧波電壓。通過采用以上策略，單相結(jié)構(gòu)

3、的交流斬波器可以有效克服其原有局限，其應(yīng)用范圍將推廣至交交功率變換的大部分領(lǐng)域。通過分析得出結(jié)論，在簡單Buck型交流斬波器上應(yīng)用該新策略，其輸出電壓中存在額外不可控的基波分量，因此限制了其應(yīng)用。進而總結(jié)和歸納出基于虛擬正交源電壓優(yōu)化合成策略的直接交交交流器拓撲所應(yīng)具備的基本特征，為新拓撲的引入與研究提供了理論指導。
　　其次，論文給出了一系列工頻隔離的適用于虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略的直接交交交流器拓撲，從中并進一步推衍得到使用

4、商業(yè)化半橋模塊，并且使變壓器高頻損耗降低的改進型推挽正激拓撲。同時，針對在電機拖動領(lǐng)域輸出極低頻電壓的要求，進一步給出了一系列高頻隔離的適用于虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略的直接交交交流器拓撲，并分析了該類拓撲的高頻變壓器在新型控制策略下的勵磁狀態(tài)，為高頻變壓器的設(shè)計提供指導。論文同時對上述直接交交交流器拓撲進行建模，得到能夠用于系統(tǒng)快速仿真的電路精確大信號模型。同時通過在模型中引入非線性的坐標變換，實現(xiàn)了虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略的數(shù)學建

5、模。通過在控制中引入附加算子，進一步實現(xiàn)了使用優(yōu)化電壓合成策略的直接交交變流器控制和傳統(tǒng)逆變器控制的等效，從而將針對傳統(tǒng)逆變器類電路的閉環(huán)控制策略無縫移植到新技術(shù)中，加速對以上交交交流器控制方案和應(yīng)用領(lǐng)域的研究，實現(xiàn)了新型直接交交變流控制技術(shù)研究和傳統(tǒng)逆變器控制技術(shù)研究的有機統(tǒng)一。
　　再者，論文針對多個交交功率變換應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計了基于新型直接交交變換技術(shù)的解決方案。論文提出了一種直接交交動態(tài)電壓恢復器，并提出了基于以上裝置的一整套

6、諧波檢測和補償電壓生成算法，在交流斬波器結(jié)構(gòu)的電壓補償裝置中成功實現(xiàn)了補償電網(wǎng)諧波電壓的功能。接下來，論文將新方案應(yīng)用于對交流負載供電的領(lǐng)域，并開發(fā)了針對不同負載的閉環(huán)控制算法，驗證了其對多種交流負載供電，特別是應(yīng)用于電機調(diào)速領(lǐng)域的可行性。再者，論文提出了一種直接交交潮流控制器，并開發(fā)了針對該方案的最小視在功率潮流控制算法，實現(xiàn)了以小容量的變流器對電網(wǎng)潮流的大幅度控制。論文還提出了一種直接交交串聯(lián)型有源電力濾波器，解決非線性負載產(chǎn)生的諧

7、波電流問題。其控制方案完全模擬經(jīng)典的逆變器控制，實現(xiàn)了針對逆變器的控制算法的無縫移植。隨著研究不斷深入，基于以上新方案和新電路可以繼續(xù)開發(fā)更多更實用的應(yīng)用場合。
　　論文通過在交流斬波器拓撲上提出實現(xiàn)任意頻率，相位，幅值的三相交流電壓輸出的虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略，使該類電路突破其原有局限，進而能夠被應(yīng)用到交交功率變換的大部分領(lǐng)域。本研究拓展了電力電子學科的一個新研究方向，為電力電子技術(shù)理論和拓撲研究提供了新思路。論文基于采用新

8、電壓合成策略的直接交交拓撲，提出了一系列新型電力電子裝置。以上裝置的提出，為交交功率變換的多個領(lǐng)域提供了高可靠的替代解決方案。
　　最后，論文介紹了使用FPGA+DSP聯(lián)合控制的通用電力電子數(shù)字控制平臺的研發(fā)。該平臺實現(xiàn)了可靠的硬件設(shè)計以及強調(diào)移植性和通用性的軟件設(shè)計。針對該平臺，同時開發(fā)了一套完整的基于觸摸屏的人機交互界面?；谄脚_開發(fā)了兩套針對新型直接交交變換應(yīng)用的實驗裝置。同時，該平臺由于其通用性，也能夠用于絕大多數(shù)電力電子