【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,電力電子變流器在工業(yè)領域所占比重越來越大。人們一方面希望電力電子變流器的容量更大,另一方面要求它具有高功率密度和高可靠性。本文針對這個問題,以大功率交直交PWM變流器為研究對象,通過理論分析、仿真和實驗等研究方法,分析了變流器的電磁能量變換過程,深入研究了變流器直流儲能與外部能量的交換規(guī)律。首先,基于兩電平PWM電壓源型逆變器和二極管整流器的穩(wěn)態(tài)能量變換過程分析,探討了電網(wǎng)和不同功率因數(shù)的負載通過變流器傳遞能量的實際流向,歸納了直流儲能的波動規(guī)律。量化分析了純無功負載下逆變器和DCM模式下二極管整流器兩類情況下系統(tǒng)運行參數(shù)與直流儲能波動之間的關系,研究了兩電平電壓源逆變器和兩電平二極管整流交直交變流器直流儲能濾波電容容值與系統(tǒng)運行參數(shù)之間的定量關系,進而確立直流電容參數(shù)設計的約束條件。然后,研究了三電平NPC逆變器直流儲能穩(wěn)態(tài)時的波動規(guī)律及其與系統(tǒng)運行參數(shù)的定量關系,進一步研究了穩(wěn)態(tài)下交流側兩邊的頻率關系、直流側輸入輸出功率的相位差對三電平NPC背靠背變流器直流儲能波動的影響。建立了三電平NPC背靠背變流器動態(tài)瞬時能量平衡的數(shù)學模型,分析了輸出功率階躍變化的動態(tài)能量平衡過程,提出其直流儲能波動的理論最小值。提出了三電平NPC變流器直流儲能電容的設計準則。另外,分析了三電平級聯(lián)H橋變流器直流儲能穩(wěn)態(tài)時的波動規(guī)律及其與系統(tǒng)運行參數(shù)的定量關系,提出了三電平級聯(lián)H橋變流器直流儲能電容的設計準則,并對級聯(lián)H橋拓撲與NPC拓撲的直流儲能電容設計進行了對比。最后,推導了穩(wěn)態(tài)時五電平NPC/H橋變流器直流儲能波動與系統(tǒng)運行參數(shù)的定量關系,通過仿真驗證了功率因數(shù)、輸出頻率、輸出電流幅值等對能量變換的影響,提出了五電平NPC/H橋變流器直流儲能電容的設計準則,并指導20MW五電平超大功率NPC /H橋變頻器樣機的直流電容選型,通過樣機實驗驗證了理論分析的正確性和設計選型的合理性。
[Abstract]:With the development of industry, power electronic converter accounts for more and more in the industrial field. On the one hand, the power electronic converter is expected to have larger capacity, on the other hand, it is required to have high power density and high reliability. In order to solve this problem, the electromagnetic energy conversion process of high power AC DC PWM converter is analyzed by theoretical analysis, simulation and experiment. The exchange law between DC energy storage and external energy of converter is studied in depth. Firstly, based on the analysis of steady-state energy conversion process of two-level PWM voltage source inverter and diode rectifier, the actual direction of energy transfer from power grid and load with different power factor through converter is discussed. The fluctuation law of DC energy storage is summarized. The relationship between system operating parameters and DC energy storage fluctuation under pure reactive load and diode rectifier in DCM mode is analyzed quantitatively. The quantitative relationship between the capacitance capacity of the DC energy storage filter and the operating parameters of the two-level voltage source inverter and the two-level diode rectifier AC / DC converter is studied, and the constraint conditions for the design of the DC capacitance parameters are established. Then, the fluctuation law of DC energy storage steady state of three-level NPC inverter and its quantitative relationship with system operating parameters are studied, and the frequency relationship between the two sides of AC side under steady state is further studied. Effect of Phase difference of DC input and output Power on DC Energy Storage fluctuation of Three-level NPC back-to-back Converter. A mathematical model of dynamic instantaneous energy balance of three-level NPC back-to-back converter is established. The dynamic energy balance process of output power step variation is analyzed and the theoretical minimum of DC energy storage fluctuation is proposed. The design criterion of DC energy storage capacitor for three level NPC converter is presented. In addition, the fluctuation law of DC energy storage steady state of three-level cascaded H-bridge converter and its quantitative relationship with system operating parameters are analyzed, and the design criteria of DC energy storage capacitance of three-level cascaded H-bridge converter are proposed. The design of DC energy storage capacitor between cascaded H bridge topology and NPC topology is compared. Finally, the quantitative relationship between DC energy storage fluctuation and system operating parameters of five-level NPC/H converter in steady state is deduced. The effects of power factor, output frequency and output current amplitude on energy conversion are verified by simulation. The design criterion of DC energy storage capacitor of five-level NPC/H converter is proposed, and the DC capacitance selection of 20MW five-level super-large power NPC / H bridge converter prototype is given. The correctness of the theoretical analysis and the rationality of the design selection are verified by the prototype experiment.
【學位授予單位】：冶金自動化研究設計院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM46

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本文編號：2427300