【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的日益匱乏與人們環(huán)保意識的不斷增強,新能源發(fā)電技術愈發(fā)受到關注。同時由于近年來電動汽車的推廣力度逐漸增大,人們對于電動汽車充電設備的需求也在日益增長。變流器作為接口設備,在這些應用場合之中均占據(jù)重要地位�？紤]到現(xiàn)有材料與成本問題,多電平變流設備是中壓、大功率電能變換領域的首選,其中以三相三電平中點箝位型變流設備的應用最為廣泛。本文以該拓撲結構為基礎,對三電平中點箝位型逆變器展開詳細深入地研究。直流側的中點電位保持在直流電源的一半,對保證三電平中點箝位型變流器正常輸出具有重要意義。在傳統(tǒng)方法中,依靠冗余小矢量對中點電位進行調節(jié),然而該方法對中點電位的調節(jié)范圍有限,在低功率因數(shù)或高調制度的情況下調節(jié)能力減弱甚至消失。與此同時,在傳統(tǒng)調制模式下使用該調節(jié)方法將引起中點電位低頻波動,對逆變器運行造成影響。在深入分析中點電位與各個電壓矢量之間關系后,本文提出多段中矢量的概念,并將多段中矢量與模型預測控制方法相結合,使得變流器在全調制度下都具有中點電位調節(jié)的能力,同時消除了中點電位低頻波動現(xiàn)象。該方法不僅提高了對中點電位變化的控制能力,也提高了系統(tǒng)對中點電壓調節(jié)的速度。此外,針對傳統(tǒng)模型預測控制對采樣與開關頻率要求高,運算量大,開關頻率不固定的問題,本文提出了相應的解決方案,即在每個控制周期之中,每次選取多個電壓矢量,同時采用輸出電壓矢量順序相配合的控制方法。然而模型預測控制與多段中矢量相結合的方法依然對控制器的運算能力要求較高,不利于逆變器工作在動態(tài)性能要求較高的場合�？紤]到空間矢量調制方法與載波調制具有同一性,本文提出通過將雙載波調制與雙調制波調制相結合的方法,在其中利用對占空比的二次補償,得到了與采用多段中矢量相似的效果。該方法省略了對各個矢量單獨作用時間的計算,減少了調制過程的時間,同時保留了載波調制的算法簡單且應用方便的特點。三電平逆變器的輸出電壓質量不僅受自身中點電位影響,也與負載有關。針對應用于分布式發(fā)電等場合之中,逆變器接入非線性負載導致輸出電壓受影響的問題進行研究。通過對系統(tǒng)進行建模,推導出該情況下的電路模型,推導出減少輸出電壓諧波的方法。而為保證該方法的普遍適用性,考慮到可能存在的并聯(lián)情況,本文在下垂控制的框架下,構建了諧波功率下垂控制。通過虛擬諧波功率構造出對諧波電壓控制的負反饋回路,減小了輸出電壓之中的諧波含量。為驗證上述算法,在實驗室之中搭建了三電平中點箝位型變流器樣機進行相應并進行實驗。通過結果表明,多段中矢量可提高三電平變流器在高調制度下對中點電位的調節(jié)能力;諧波下垂法增強了逆變器對外界負載擾動的抵抗能力,保證了非線性負載下逆變器輸出電壓波形質量。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM464
【圖文】：

第一章 緒論與兩電平變流設備相比，多電平變流設備具有開關應力低，輸出波形正弦度高，開關損耗小等特點[21]。多電平設備從拓撲上可以分為(1)級聯(lián)型多電平逆變器(2)中點箝位型(Neutral Point Clamped, NPC)逆變器。1.2.1 級聯(lián)型多電平逆變器級聯(lián)型逆變器于 1975 年 P.Hammond 提出，是最早的一種多電平逆變器拓撲，也是人們在多電平變流領域的第一次嘗試。經過不斷發(fā)展并拓寬它的應用場合，現(xiàn)在級聯(lián)型逆變器廣泛應用于高電壓電動機驅動、大功率電源等大功率場合[22]。

充電電路復雜[35]；(2)為保證多電平輸出，在穩(wěn)態(tài)時依然需要確保各電容上電壓維持在特定值[36]；(3)載波調制狀態(tài)下，電容電壓不易控制，輸出波形中諧波含量較高[37]，且調制方式復雜；(4)為減少飛跨電容的容值，系統(tǒng)需要工作在較高的開關頻率下[24]。由此可見，(1)和(2)不利于系統(tǒng)體積的減小與成本的降低，(3)和(4)限制了系統(tǒng)的使用范圍，(4)使得該類型逆變器開關損耗增加，不利于工作在大功率變流場合。飛跨電容箝位型多電平逆變器自身的特點，限制了它的應用范圍，科研人員對二極管箝位型多電平逆變器進行廣泛應用與深入研究。以三電平二極管中點箝位型(3L-NPC)逆變器為例，其拓撲結構如圖 1-2 所示，通過在每個橋臂上的兩個二極管，使得輸出相電壓分為 0，±0.5 ，其中 表示直流電壓源幅值。該拓撲結構的變流器可在實際應用之中實現(xiàn)四象限運行。

NPC 逆變器拓撲結構及其換流狀態(tài)分析可控硅器件問世以來，研究人員提出了各種控制方法與變流需求在交流、直流形式之間進行變換的目的。最早得以廣泛 器件，為增大系統(tǒng)的容量，IGBT 器件應運而生。IGBT 器件通流能力更強。隨著人們對系統(tǒng)耐壓與容量要求的進一步提比 IGBT 更高的電壓，耐受溫度更高等特點，得到人們的青用，復雜的驅動電路以及驅動過程中的電壓過沖問題，限制階段，IGBT 依然是中壓，大功率電路的首選器件。IGBT 耐壓能力不足與系統(tǒng)電壓提升之間的矛盾，研究人員提過多年的研究，多電平拓撲在 1kV 至 10kV 的中壓大功率領在此之中，二極管箝位型多電平拓撲是最為常見的拓撲結構器作為主要研究對象。 設備的拓撲結構如圖 2-1 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 呂建國;吳馥云;胡文斌;應展烽;吳軍基;;動態(tài)搜索調節(jié)調制波偏置的SPWM三電平逆變器中點電壓平衡控制方法[J];電力自動化設備;2015年12期

2 熊連松;卓放;劉小康;;增強型滑動平均濾波算法及其在畸變電網相位同步控制中的應用[J];電工技術學報;2015年21期

3 雷蕓;肖嵐;鄭昕昕;;不平衡電網下無鎖相環(huán)三相并網逆變器控制策略[J];中國電機工程學報;2015年18期

4 白建華;辛頌旭;劉俊;鄭寬;;中國實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展路徑研究[J];中國電機工程學報;2015年14期

5 姜子健;楊歡;沈建輝;曹海洋;徐興華;;基于級聯(lián)延時信號消除-鎖相環(huán)算法的配電網靜止同步補償器控制策略[J];電網技術;2015年07期

6 姚修遠;金新民;李金科;吳學智;李會南;;三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的中點電位控制策略[J];電網技術;2015年06期

7 任康樂;張興;王付勝;屠運武;汪令祥;;中壓三電平并網逆變器斷續(xù)脈寬調制策略及其輸出濾波器優(yōu)化設計[J];中國電機工程學報;2015年17期

8 吳德會;李钷;;基于FCS-MPC的電壓跟蹤調制方法[J];電力自動化設備;2015年03期

9 佘陽陽;楊柏旺;吳志清;李王敏;姜衛(wèi)東;;基于載波和空間矢量調制之間聯(lián)系的多電平VSI降低和消除共模電壓的PWM策略[J];電工技術學報;2015年04期

10 馬遜;李耀華;葛瓊璇;任晉旗;趙魯;趙震;;諧波電流最小同步優(yōu)化脈寬調制策略研究[J];中國電機工程學報;2015年05期

本文編號：2758564