【摘要】：大容量電力電子裝置是智能電網(wǎng)靈活交流輸電、高壓直流輸電、可再生能源發(fā)電等應(yīng)用領(lǐng)域的核心部件,是近幾年電力電子技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本論文主要研究大容量多電平注入式電流源型變換器,該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)主橋臂開(kāi)關(guān)器件零電流關(guān)斷,從而主橋功率器件可以采用半控型器件晶閘管,大幅提高變換器裝置的容量。針對(duì)多電平注入式電流源型變換器的工作特性、脈寬調(diào)制、閉環(huán)控制、參數(shù)計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù),本論文主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究:推導(dǎo)了m電平注入式電流源型變換器拓?fù)涞慕涣鱾?cè)電流、直流側(cè)輸出電壓以及系統(tǒng)等效容量的通用公式;針對(duì)隔離變壓器容量和體積都較大的缺點(diǎn),提出一種基于自耦變壓器的多電平注入式電流源型變換器拓?fù)?從系統(tǒng)等效容量角度與基于隔離變壓器的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析,證明基于自耦變壓器的多電平注入式電流源型變換器在減小系統(tǒng)容量方面的優(yōu)勢(shì),并討論兩種拓?fù)涞倪m用場(chǎng)合。分析系統(tǒng)注入電路脈沖序列的通用構(gòu)成原則,提出采用脈沖基本單元進(jìn)行排列組合構(gòu)成注入電路脈沖的方法;研究不同注入電路脈沖方案對(duì)系統(tǒng)電流質(zhì)量的影響,提出脈沖序列優(yōu)化目標(biāo)并據(jù)此將脈沖方案進(jìn)行分類(lèi)討論分析,提出注入電路脈沖的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)方法,為實(shí)際工程中注入電路脈沖方案的選取提供依據(jù);分析了多電平注入電路的工作原理,研究表明注入電路在特定注入電路開(kāi)關(guān)脈沖作用下可以有效抑制兩主變換橋直流側(cè)輸出電壓不平衡對(duì)系統(tǒng)電流質(zhì)量的影響。分析了多電平注入式電流源型變換器實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的工作原理,并研究其直流側(cè)電流閉環(huán)控制策略,指出該系統(tǒng)由于只存在單一控制變量而無(wú)法對(duì)有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行獨(dú)立控制;通過(guò)兩組變換器分別在直流側(cè)串聯(lián)、交流側(cè)并聯(lián)的形式增加一組控制變量,構(gòu)成雙橋串聯(lián)結(jié)構(gòu),研究雙橋串聯(lián)系統(tǒng)的功率解耦控制原理,提出一種預(yù)測(cè)直接功率控制策略;通過(guò)兩組變換器在交、直流側(cè)并聯(lián)的形式構(gòu)成雙橋并聯(lián)結(jié)構(gòu),研究表明該結(jié)構(gòu)更適合應(yīng)用于單位功率因數(shù)運(yùn)行的大電流場(chǎng)合,根據(jù)該結(jié)構(gòu)提出一種直流電流的均流控制方法,仿真驗(yàn)證上述控制策略的有效性。搭建了雙橋MLR-CSC的小容量樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分別對(duì)單橋、雙橋串聯(lián)和雙橋并聯(lián)系統(tǒng)的理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;通過(guò)分析注入電感值與注入支路電流紋波系數(shù)之間的關(guān)系,提出一種注入電感參數(shù)的設(shè)計(jì)方法,使其在保證正常工作的前提下盡可能減小系統(tǒng)體積和造價(jià),并采用均衡電抗器替代傳統(tǒng)直流注入電感,進(jìn)一步減小了平波元件的成本和體積;針對(duì)多電平注入式電流源型變換器的實(shí)際工程應(yīng)用,以背靠背高壓直流輸電系統(tǒng)和六相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例展開(kāi)研究工作。主要針對(duì)多電平注入式電流源型變換器在特定應(yīng)用場(chǎng)合下的拓?fù)浣M合形式、工作特性、系統(tǒng)控制策略等方面技術(shù)進(jìn)行研究,為變換器的實(shí)際工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM46
【圖文】：

逡逑撲中最常見(jiàn)的為串聯(lián)或并聯(lián)型１２脈波變換器［３？６］，型１２脈波變換器由兩組晶閘管三相變換器在直流側(cè)脈波變換器的兩組晶閘管變換器直流側(cè)需經(jīng)平衡電抗后并聯(lián)構(gòu)成，平衡電抗器用于吸收兩組變換器直流側(cè)橋可以同時(shí)獨(dú)立工作。兩種結(jié)構(gòu)的１２脈波變換器都是流波經(jīng)變壓器移相后疊加，消除網(wǎng)側(cè)電流中的６（２／－１）網(wǎng)側(cè)電流ＴＨＤ約為１５．３％，只包含１２／±１（／＝１，２，３，…）（ａ）串聯(lián)型１２脈波變換器逡逑Ｌ邋？邋？逡逑

（２）基于變抽頭電抗器的諧波注入式電流型變換器逡逑文獻(xiàn)［９５－９８］采用變抽頭電抗器與開(kāi)關(guān)器件代替ＩＰＲ作為直流紋波注入的主要逡逑單元，構(gòu)成變抽頭六相變換器系統(tǒng)（如圖１－５所示），從而使網(wǎng)側(cè)電流和直流側(cè)電逡逑壓形成多脈波的效果，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠且更具有經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)該拓逡逑撲可簡(jiǎn)單的通過(guò)增加抽頭數(shù)拓展其脈波數(shù)，當(dāng)抽頭數(shù)為ｎ時(shí)系統(tǒng)脈波數(shù)為１２ｎ。但逡逑注入開(kāi)關(guān)采用半控器件晶閘管，裝置的控制比較復(fù)雜，且變抽頭電抗器取不同變逡逑比時(shí)，對(duì)系統(tǒng)諧波抑制效果的影響較大，然而變抽頭電抗器的最優(yōu)變比難以確定，逡逑文獻(xiàn)［９８－１００］通過(guò)不同的方法確定了三種不同的最優(yōu)變比值，這對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)逡逑帶來(lái)了困難。同時(shí)，該拓?fù)渲幌司W(wǎng)側(cè)電流的部分低次諧波成分，對(duì)高次諧波逡逑并無(wú)任何消除或削弱的能力，甚至造成高次諧波幅值的成倍增長(zhǎng)。逡逑７逡逑

壓器進(jìn)行對(duì)比。逡逑２．１邋ＭＬＲ－ＣＳＣ拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑本文所研宄的并聯(lián)型多電平注入式電流源型變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖２＿１所示（電逡逑平數(shù)為ｍ，邋ｍ＾３）。該拓?fù)渲饕筛綦x型移相變壓器、兩組三相主變換橋、直流側(cè)逡逑多電平注入電路和直流側(cè)負(fù)載四部分構(gòu)成。逡逑？－二＾邋入單邋ｐ逡逑邐邐邋Ａ邋！邐ｌ＆ｒｌｌ邐邐逡逑知丨邋Ｓｙｎ，邋Ｓｙｓ邐ｊ邋Ｓ邋Ｉ邐＾５邐Ｓｄ＼邐Ｓｐｓ逡逑邐ｌ邐ｊ邐邐逡逑邐—ｈｉ邋＾ｙ＼邋Ｊｌ＼邋＼邋ＴＡｗ－ｎ邋＊邐逡逑－ｆ邋－ｆ邋－ｆ邋、邐一＾Ｊｄｃ邐－ｆ逡逑辦４邋＾Ｙ６邋＾Ｙ２邐■邐Ｓｐ４邋Ｓ＊￡＞６邋Ｓｆ）２逡逑．邐ｎ邐．逡逑＾邐逡逑邐４邋ａＤ邐逡逑Ｏ’ｑ邋？邋ＷＹＹＷＶＷ＾逡逑Ｑ［ｂ邋＾邋ｙｖｖｖｖｖｖ＾ｒｖ邋ｃ逡逑0ｈ邋＾邋ＶＹＹＹＹＹＶ＞°ｙ＿逡逑圖２－１并聯(lián)型多電平注入式電流源型變換器拓?fù)洌ǎ黼娖剑╁义希疲椋纾玻卞澹裕瑁邋澹簦铮穑铮欤铮纾澹铮驽澹停蹋遥茫樱缅澹椋铄澹穑幔颍幔欤欤澹戾澹ǎ恚欤澹觯澹欤╁义希保峰义?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762021