發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 11:39

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器技術(shù)在經(jīng)歷了兩相交錯(cuò)并聯(lián)的廣泛研究和成熟應(yīng)用后,受到了越來(lái)越多的關(guān)注。它能夠通過(guò)并聯(lián)提升容量,通過(guò)載波交錯(cuò)實(shí)現(xiàn)輸出多電平以及高等效開(kāi)關(guān)頻率,還具備冗余和模塊化設(shè)計(jì)的潛質(zhì)。雖然交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)的增多能帶來(lái)這些好處之外,但它也造成了很多新的問(wèn)題,涉及耦合電感、濾波電感、控制器設(shè)計(jì)以及容錯(cuò)運(yùn)行策略等。本文首先分析了多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器的電路特性,設(shè)計(jì)了耦合電感。然后,論文分析了磁粉芯濾波電感軟飽和特性,即電感值會(huì)隨電流變化特性的影響,提出了相應(yīng)的補(bǔ)償策略。接著,論文分析了低控制頻率配合高等效開(kāi)關(guān)頻率的控制問(wèn)題,提出了一種控制器帶寬擴(kuò)展方法。最后,本文分析并設(shè)計(jì)了一種基于線圈短路的多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器容錯(cuò)運(yùn)行策略。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器具有多電平輸出以及高等效開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)點(diǎn)。那么隨著交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)的增多,輸出電平數(shù)是否會(huì)一直增加,是否存在極限?本文分析了多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器的電路特性,從調(diào)制比與交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)的關(guān)系出發(fā),推導(dǎo)了最大交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)。本文選擇耦合電感用以連接各個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂。不開(kāi)氣隙的耦合電感可以極大地減小磁芯元件的體積,但同時(shí)它又存在飽和的問(wèn)題,危害逆變器的可靠運(yùn)行。本文針對(duì)多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器的關(guān)鍵器件耦合電感,分析了其磁特性。根據(jù)相關(guān)結(jié)論,提出了增強(qiáng)耦合電感抗飽和能力的設(shè)計(jì)原則,并設(shè)計(jì)了幾種適用不同應(yīng)用需求的耦合電感。多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器具有多電平輸出和高等效開(kāi)關(guān)頻率,常規(guī)的電感設(shè)計(jì)方法不再適用。此外,磁粉芯高頻特性優(yōu)于硅鋼片,比較適合作為多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器濾波電感的材質(zhì)。但是磁粉芯材質(zhì)電感具有軟飽和特性,磁導(dǎo)率會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而下降,導(dǎo)致其電感值會(huì)隨著電流的增大而下降。這會(huì)影響逆變器的電流紋波特性、諧波特性、控制器帶寬等。本文研究多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器的輸出電流紋波與交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)及開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器的電感設(shè)計(jì)方法。針對(duì)磁粉芯軟飽和特性,通過(guò)建立基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的模型,分析了它對(duì)逆變器的影響機(jī)理。根據(jù)電流紋波變化規(guī)律,提出了適應(yīng)磁粉芯軟飽和特性的電感設(shè)計(jì)原則,可以獲得比常規(guī)方法更小更準(zhǔn)確的電感設(shè)計(jì)結(jié)果。根據(jù)磁粉芯電感的作用機(jī)理,提出了補(bǔ)償控制策略,有效地改善逆變器的各項(xiàng)性能。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分析的正確性和所提方法的有效性。在多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器中,等效開(kāi)關(guān)頻率高,濾波電感的感值小。而另一方面,數(shù)字控制的頻率受限于數(shù)字實(shí)現(xiàn)過(guò)程,通常最大為開(kāi)關(guān)頻率的兩倍。這種等效開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高于控制頻率的情形與常規(guī)逆變器不同,存在新的問(wèn)題。本文分析了高等效開(kāi)關(guān)頻率對(duì)逆變器性能及控制器設(shè)計(jì)的影響,并比較了幾種不同控制策略的優(yōu)劣。然后提出了一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)目刂破鲙挃U(kuò)展方法。利用該方法,在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中設(shè)計(jì)了兩倍于最初的開(kāi)環(huán)穿越頻率,控制器帶寬提升了13%,明顯地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器中,開(kāi)關(guān)器件數(shù)量多,存在比較大的故障風(fēng)險(xiǎn)。而耦合電感在逆變器故障時(shí),存在飽和問(wèn)題,嚴(yán)重影響多相交錯(cuò)并聯(lián)逆變器的容錯(cuò)運(yùn)行能力。此外,在設(shè)計(jì)容錯(cuò)運(yùn)行策略以及耦合電感時(shí),需要耦合電感線圈的電壓、電流以及橋臂環(huán)流等關(guān)鍵參數(shù)。而耦合電感中磁柱數(shù)量多,磁通耦合關(guān)系復(fù)雜,導(dǎo)致這些參數(shù)求解較困難。本文分析耦合電感在故障下的磁特性以及基于線圈短路的容錯(cuò)運(yùn)行策略的原理。在此基礎(chǔ)上,提出了一套計(jì)算所提關(guān)鍵參數(shù)的方法。其結(jié)果可以用于指導(dǎo)容錯(cuò)運(yùn)行策略以及耦合電感的設(shè)計(jì)。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分析的正確性和所提方法的有效性。
【圖文】：

在逆變器的多種應(yīng)用領(lǐng)域中，如電動(dòng)汽安全可靠運(yùn)行有很高的要求[93, 94]。因此都受到廣泛的關(guān)注。而這其中，使逆變故障時(shí)，，能夠及時(shí)地檢測(cè)出故障，并迅正常電路能夠不受波及地繼續(xù)運(yùn)行。這也主要包含這三個(gè)方面：故障檢測(cè)與診及設(shè)計(jì)需求的差異導(dǎo)致其在系統(tǒng)架構(gòu)、錯(cuò)運(yùn)行策略也各有千秋。本文主要關(guān)注并聯(lián)直流變換器的容錯(cuò)運(yùn)行策略的研究半導(dǎo)體器件相比其他器件具有更高的故于電解電容造成的，31%是由于功率半導(dǎo)布如圖 1-3 所示。

將同一高度的交點(diǎn)連接，可以劃分出不同的同時(shí)閉合數(shù)是不同的，也就決定了輸出的電平數(shù)是不方塊中時(shí)（圖中紅色虛線），在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)調(diào)制波其他所有的三角載波。因此，相同色彩的方塊中，多是一致的，也即輸出的電平是一樣的。圖中正弦調(diào)制同的色塊，導(dǎo)致逆變器輸出不同的電平。但是逆變器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，通常不會(huì)將調(diào)制比設(shè)置到 1。而另一加，載波交點(diǎn)的位置逐漸上移，靠近 1。因此，存在情形，此時(shí)逆變器無(wú)法輸出滿電平。為了最大化地利加的特性，調(diào)制波應(yīng)該覆蓋所有區(qū)域。根據(jù)幾何關(guān)系21emm> 表調(diào)制比，m 為交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM464

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2703026