【摘要】：優(yōu)化電力電子裝置的拓撲結(jié)構(gòu)一直是電力電子學科中極其關(guān)鍵并富有活力的研究方向,對組合拓撲系統(tǒng)的研究是其中的重要組成部分。組合拓撲系統(tǒng)對現(xiàn)有的拓撲結(jié)構(gòu)通過恰當?shù)姆绞竭M行組合重構(gòu),以實現(xiàn)提升拓撲整體性能、揚長避短的目的。雖然組合拓撲系統(tǒng)會增加系統(tǒng)的復雜度,但其通常具有結(jié)構(gòu)模塊化、功率處理分散化、性能優(yōu)化、冗余度高、易于擴展等優(yōu)點,具有很高的研究和應用價值。H橋單元是組合拓撲系統(tǒng)中最重要的基本單元之一,能夠獨立實現(xiàn)DC/AC或AC/DC功率變換的功能,具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性強、擴展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)勢。本文以H橋單元作為組合拓撲系統(tǒng)研究的切入點,從拓撲結(jié)構(gòu)、調(diào)制策略、系統(tǒng)效率、穩(wěn)定運行條件、硬件設(shè)計等角度對基于H橋單元的組合拓撲系統(tǒng)進行了研究,提出了一些具有創(chuàng)新意義的觀點和解決方案。級聯(lián)H橋多電平變換器(CHB)是H橋單元在組合拓撲系統(tǒng)中最典型的應用之一。本文首先對CHB系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理及調(diào)制方式進行了分析。其次,研究了 H橋狀態(tài)切換策略在CHB系統(tǒng)中的應用,重點關(guān)注了由此導致的開關(guān)次數(shù)增加問題。針對這一問題,本文對各種H橋狀態(tài)的切換情況進行了分析,總結(jié)了額外開關(guān)次數(shù)產(chǎn)生的原因,并提出了一種基于重合開關(guān)序列的H橋狀態(tài)切換策略。該策略能夠在不影響系統(tǒng)輸出的前提下,完全避免H橋狀態(tài)切換過程中額外開關(guān)次數(shù)的產(chǎn)生,以降低系統(tǒng)的開關(guān)損耗。最后,通過實驗將本文的改進策略與傳統(tǒng)的H橋狀態(tài)切換策略進行了對比,驗證了基于重合開關(guān)序列的H橋狀態(tài)切換策略的可行性及有效性。混合型級聯(lián)多電平組合拓撲系統(tǒng)是H橋單元在組合拓撲系統(tǒng)中的又一大類應用。本文提出了一種T2C-HB混合型級聯(lián)多電平組合拓撲,并以此為例,對這類拓撲進行了分析討論。首先介紹了 T2C-HB系統(tǒng)工作于七電平模式時的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理、導通路徑與開關(guān)序列。其次,理論推導了七電平T2C-HB系統(tǒng)的電容電壓平衡條件,揭示了在SPWM調(diào)制下,只有當調(diào)制比小于等于0.82時,七電平T2C-HB系統(tǒng)才能對于任意功率因數(shù)的負載實現(xiàn)穩(wěn)定工作。隨后,在上述推導結(jié)論的基礎(chǔ)上,采用導通路徑選擇+滯環(huán)控制的電容電壓平衡方案對系統(tǒng)中的懸浮電容實現(xiàn)了穩(wěn)壓控制。為了擴展電容電壓平衡條件,利用SVM方法對七電平T2C-HB系統(tǒng)進行調(diào)制,并提出了一種基于代價函數(shù)的電容電壓平衡策略,配合SVM方法使用可以實現(xiàn)擴展電容電壓平衡條件,提升直流電壓利用率的效果。再次,在七電平T2C-HB系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,對T2C-HB系統(tǒng)的其余工作模式進行了討論,總結(jié)了五電平模式、七電平模式與九電平模式三種工作模式的優(yōu)缺點。在直流電壓利用率方面,分析了T2C-HB系統(tǒng)在五電平模式與七電平模式下的最大直流電壓利用率,計算了其相對于兩電平逆變器在直流電壓利用率方面的提升幅度。最后,通過仿真和實驗對七電平T2C-HB系統(tǒng)的運行情況進行了測試,以驗證上述分析結(jié)果。針對H橋單元在DC/DC組合拓撲系統(tǒng)中的應用,本文重點研究了多有源橋(MAB)系統(tǒng),提出了一種基于磁耦合的MAB拓撲。首先,對基于磁耦合的MAB拓撲進行了介紹,分析了其優(yōu)勢在于能夠降低電路復雜程度、減少變壓器副邊端子數(shù)目及繞線用量,有助于減小隔離變壓器體積并降低系統(tǒng)成本。其次,針對基于磁耦合的MAB系統(tǒng),分析了其等效電路模型、工作原理及軟開關(guān)條件。再次,針對變壓器原邊H橋單元電容電壓不平衡的問題,提出了一種基于內(nèi)移相角控制的電容電壓平衡方案,并從理論上推導了內(nèi)移相角與電容充放電狀態(tài)之間的關(guān)系。該方案具有控制結(jié)構(gòu)簡單、易于擴展等優(yōu)勢,為解決電容電壓平衡問題提供了一種新思路。最后,通過仿真和實驗驗證了基于磁耦合的MAB系統(tǒng)的可行性及電容電壓平衡方案的有效性。本文以提升組合拓撲系統(tǒng)性能及實用價值為主要目的,針對由H橋單元參與構(gòu)成的組合拓撲提出了一些改進方案與新的思路,對組合拓撲的研究工作起到了豐富與發(fā)展的作用。同時,本文所述的研究成果很多也可以用于由其他基本單元構(gòu)成的組合拓撲系統(tǒng),具有很強的通用性及可擴展性。
【圖文】：

圖１－１基本單元結(jié)構(gòu)示意圖逡逑，基本單元可以看作一個雙端口網(wǎng)絡(luò)。通常情口，，功率流由此流入；另一個端口作為輸出端口，量在基本單元中只能單向流動時，輸入端口與單元中可以雙向流動時，輸入端口與輸出端口角度，可以根據(jù)基本單元參與到組合拓撲系統(tǒng)概況為以下三種：逡逑式。當基本單元參與到組合拓撲系統(tǒng)中的端口參與拓撲組合時，該構(gòu)建方式定義為雙端口組的組合類別。經(jīng)典的四種拓撲組合方式：（１）ｒａｌｌｅｌ，邋ＩＰＯＰ）；邋（２）輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)（Ｉｎｐｕｔ－ｐａｒ

混合型級聯(lián)多電平俎合拓撲也是Ｈ橋單元在ＤＣ／ＡＣ組合拓撲系統(tǒng)中的重要應用。在逡逑混合型級聯(lián)多電平組合拓撲中，Ｈ橋單元以單端口組合方式與其他基本單元搭配使用，屬逡逑于不對稱組合拓撲中的一種［２５］［８５Ｈ９７］。此類組合拓撲的典型結(jié)構(gòu)如圖１－１２所示，拓撲前級逡逑電路為能夠?qū)崿F(xiàn)逆變功能的基本單元或者組合拓撲［９５］［％］，后級電路為Ｈ橋單元。在該拓逡逑撲中，Ｈ橋單元僅處理無功功率，因此不需要額外的直流電源為其供電。Ｈ橋單元中的電逡逑容處于懸浮狀態(tài)，需要進行穩(wěn)壓控制。有些學者將Ｈ橋單元在混合型級聯(lián)多電平組合拓撲逡逑中的應用當作有源濾波器進行處理，但主流觀點還是從多電平的角度對此類拓撲進行分析。逡逑在構(gòu)成前級電路的各類基本單元中，尤其以兩電平半橋單元［２５］［９１］［９３］與三電平ＮＰＣ單元逡逑［８５］［８６Ｐ８Ｈ９Ｇ］［９４］［９７］的研究成果最為卓著。后級Ｈ橋單元的數(shù)目通常選擇為一個或兩個，過多逡逑的Ｈ橋單元會大幅增加系統(tǒng)的復雜程度，對性能的提升也有限�；旌闲图壜�(lián)多電平拓撲通逡逑常工作于直流側(cè)電壓不相等的模式
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM46

【參考文獻】

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本文編號：2627437