本文關鍵詞：三相三電平T型雙向PWM變換器的研究

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【摘要】：隨著電力電子裝置應用數(shù)量的增加,能源危機以及環(huán)境污染問題日益嚴重等情況的出現(xiàn),新能源以及新型的電能供配使用方式越來越受到人們重視。在可再生能源開發(fā)以及電能供配使用中,交直流混合微電網(wǎng)技術是重要發(fā)展方向；其中,雙向AC/DC變換器作為交流母線和直流母線的重要樞紐,其拓撲和控制技術具有很高的研究意義。在雙向AC/DC變換器拓撲的選取上,基于T型拓撲的AC/DC雙向變換器改進了傳統(tǒng)NPC三電平拓撲器件過多、損耗分布不均等缺點。因此,本文基于T型拓撲展開研究。首先,本文分析了三相三電平T型雙向PWM變換器的工作原理,分別對三相三電平T型雙向PWM變換器在逆變模式以及整流模式下的工作模態(tài)進行了分析。在分析了雙向變換器工作原理的基礎上,采用狀態(tài)空間平均法分別在三相靜止(abc)坐標系、兩相靜止(αβ)坐標系和兩相同步旋轉(zhuǎn)(dq)坐標系下建立了雙向變換器的數(shù)學模型和等效電路；建立了基于三相三電平T型雙向PWM變換器電路在dq坐標系下的數(shù)學模型,本文在雙閉環(huán)控制環(huán)路的基礎之上,分析了其控制策略,實現(xiàn)了電流解耦控制,建立了基于PI調(diào)節(jié)器電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)框圖,得到了電流環(huán)和電壓環(huán)的傳遞函數(shù),并根據(jù)模型給出了控制參數(shù)的整定方法。其次,本文設計了一種LCL濾波器,該方法未引入任何額外器件,而是重新組合交流側(cè)的無源器件,在不增加成本的情況下,保證了雙向變換器的高可靠性和高功率密度。此外,論文提出了一種新穎的高頻電磁隔離驅(qū)動方法；給出了硬件電路的設計和軟件的配置方法,并詳細分析了基于數(shù)字控制芯片和模擬電路實現(xiàn)驅(qū)動的工作原理。論文提出的電磁隔離驅(qū)動方法,適用于控制脈寬實時變化的驅(qū)動,且占空比能在0-100%的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。論文提出的這種新穎的驅(qū)動電路除了具有絕緣強度高,抑制共模干擾能力強等優(yōu)點之外,還具有成本較低,動態(tài)響應速度快的優(yōu)點,適合開關管的高頻脈沖控制信號的隔離放大。實驗結(jié)果表明,文中研究的驅(qū)動方法是行之有效的,具有很好的實際應用價值。最后,搭建了一臺三相三電平T型雙向PWM變換器實驗樣機,設計了系統(tǒng)的功率電路、驅(qū)動電路,調(diào)理電路等,進行了三相三電平T型雙向PWM變換器逆變模式以及整流模式的實驗,給出了整流運行和逆變運行狀態(tài)下的波形。實驗結(jié)果驗證了理論分析及仿真結(jié)果的正確性。
【關鍵詞】：逆變 整流 T型 濾波器 驅(qū)動方法
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 AC/DC雙向變換器的主要要求11
• 1.3 AC/DC雙向變換器的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3.1 變換器拓撲的研究11-14
• 1.3.2 變換器的并網(wǎng)控制功能研究14
• 1.3.3 變換器的多功能化研究14
• 1.3.4 變換器的均流控制研究14-16
• 1.4 三相電壓和電流不平衡研究16-17
• 1.4.1 不平衡產(chǎn)生的原因及影響16
• 1.4.2 緩解措施16-17
• 1.5 變換器中濾波器的研究17-18
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 T型雙向變換器工作原理及建模20-35
• 2.1 T型雙向變換器工作原理20-22
• 2.1.1 三相三電平T型雙向PWM變換器逆變模式工作原理20-21
• 2.1.2 三相三電平T型雙向PWM變換器整流模式工作原理21-22
• 2.2 三相三電平T型雙向PWM變換器數(shù)學建模22-27
• 2.2.1 靜止ABC坐標系下數(shù)學模型23-25
• 2.2.2 靜止αβ坐標系數(shù)學模型25-26
• 2.2.3 靜止dq坐標系數(shù)學模型26-27
• 2.3 驅(qū)動電路原理27-30
• 2.3.1 驅(qū)動電路的硬件構(gòu)成27-28
• 2.3.2 驅(qū)動電路的工作原理28-30
• 2.4 T型開關損耗分析30-34
• 2.4.1 IGBT開通損耗31-32
• 2.4.2 IGBT關斷損耗32-33
• 2.4.3 二極管關斷損耗33-34
• 2.4.4 通態(tài)損耗34
• 2.4.5 周期總損耗34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 控制策略研究35-45
• 3.1 三相三電平T型雙向PWM變換器控制系統(tǒng)的設計35-39
• 3.1.1 坐標系下的控制策略35-36
• 3.1.2 dq旋轉(zhuǎn)坐標系下的控制策略36-37
• 3.1.3 電流環(huán)參數(shù)設計37-38
• 3.1.4 電壓環(huán)參數(shù)設計38-39
• 3.2 針對電網(wǎng)不平衡情況下的控制策略39-41
• 3.2.1. 電網(wǎng)電壓正負序分量提取和控制39-40
• 3.2.2. 鎖相控制40-41
• 3.3 SVPWM原理41-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 T型雙向變換器優(yōu)化和設計45-55
• 4.1 直流側(cè)電容設計46
• 4.2 開關器件的選型46-47
• 4.3 輸出濾波器設計47-49
• 4.4 采樣電路設計49-51
• 4.4.1 母線電壓采樣調(diào)理電路49
• 4.4.2 電網(wǎng)電壓采樣和調(diào)理電路49-50
• 4.4.3 電網(wǎng)電流采樣和調(diào)理電路50
• 4.4.4 母線過壓保護50-51
• 4.4.5 過流保護電路51
• 4.5 驅(qū)動電路設計51-53
• 4.5.1 脈沖變壓器的設計52
• 4.5.2 脈沖控制信號的數(shù)字配置52-53
• 4.6 控制系統(tǒng)的軟件設計53-54
• 4.7 本章小結(jié)54-55
• 第五章 T型雙向變換器仿真和實驗結(jié)果分析55-63
• 5.1 基于PSIM仿真和仿真結(jié)果分析55-58
• 5.1.1 雙向變換器原理仿真55-57
• 5.1.2 驅(qū)動電路仿真57-58
• 5.2 測試結(jié)果與分析58-62
• 5.2.1 整機性能測試59-61
• 5.2.2 驅(qū)動實驗測試61-62
• 5.2.3 樣機諧波測試62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 參考文獻65-70
• 致謝70-72
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與科研項目72-74

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本文編號：615210