基于H橋拓?fù)涞募?jí)聯(lián)多電平變流器若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、面向中高壓大容量的多電平變流器，是電力電子學(xué)科中極其重要、富有活力的研究方向。級(jí)聯(lián)型多電平變流器因其具有結(jié)構(gòu)模塊化、冗余程度高、易于擴(kuò)展、輸出諧波含量低等優(yōu)點(diǎn)，且通過(guò)子模塊級(jí)聯(lián)克服了單個(gè)電力電子器件耐壓不足的缺點(diǎn)，可直接接入中高壓電網(wǎng)，具有極高的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)基于H橋拓?fù)涞募?jí)聯(lián)多電平變流器的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　本文首先介紹了H橋單模塊及H橋級(jí)聯(lián)多電平變流器的調(diào)制策略，在分析H橋級(jí)聯(lián)STATCOM及隔離型背靠

2、背級(jí)聯(lián)風(fēng)電并網(wǎng)變流器的電路拓?fù)洹⒐ぷ髟淼幕A(chǔ)上，將H橋級(jí)聯(lián)STATCOM以及隔離型背靠背級(jí)聯(lián)風(fēng)電變流器風(fēng)機(jī)側(cè)/并網(wǎng)側(cè)的H橋級(jí)聯(lián)變流器統(tǒng)一化地等效為可控電壓源，建立了H橋級(jí)聯(lián)變流器在三相ABC靜止坐標(biāo)系和DQ同步坐標(biāo)系下的輸入-輸出特性模型;為提高H橋級(jí)聯(lián)STATCOM的補(bǔ)償靈活性，在補(bǔ)償對(duì)稱負(fù)荷和不對(duì)稱負(fù)荷兩種典型工況下，分別給出采用不同補(bǔ)償模式時(shí)的電流指令檢測(cè)方法，提出了基于多dq變換的低頻段特征次諧波選擇性提取方法。然后，為提高裝

3、置諧波補(bǔ)償和抑制能力，基于對(duì)稱系統(tǒng)在DQ坐標(biāo)系下采用狀態(tài)解耦策略并設(shè)計(jì)了PI+快速重復(fù)控制的復(fù)合電流控制策略，針對(duì)不對(duì)稱系統(tǒng)在ABC坐標(biāo)系下設(shè)計(jì)了基于比例諧振控制的分相電流控制策略;針對(duì)隔離型背靠背H橋級(jí)聯(lián)風(fēng)電變流器，提出基于電流分側(cè)控制、電壓分層控制的系統(tǒng)控制策略，給出控制器參數(shù)設(shè)計(jì)原則，風(fēng)機(jī)側(cè)、電網(wǎng)側(cè)電流控制獨(dú)立進(jìn)行，直流側(cè)電壓控制則分解為總體電壓穩(wěn)壓控制、相間電壓平衡控制以及相內(nèi)電壓均衡控制三層，其中電壓分層控制方法同樣適用于H橋

4、級(jí)聯(lián)STATCOM。通過(guò)仿真或?qū)嶒?yàn)結(jié)果證明了選擇性電流指令提取、電流跟蹤、電壓均衡控制策略的正確性、有效性。其次，針對(duì)可減少開(kāi)關(guān)器件的T型H橋，分析其開(kāi)關(guān)模式和導(dǎo)通路徑，提出以單極倍頻CPS-SPWM調(diào)制所得的五電平波形作為輸出目標(biāo)，結(jié)合T型H橋輸出不同電平時(shí)的開(kāi)關(guān)模式，逆向推導(dǎo)PWM控制信號(hào)的T型H撟調(diào)制策略，為減小器件的開(kāi)關(guān)損耗，所提調(diào)制策略遵循“改變最少個(gè)數(shù)開(kāi)關(guān)管狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電平改變”的原則，之后進(jìn)一步給出T型H橋級(jí)聯(lián)多電平變流

5、器的調(diào)制策略。為抑制T型H橋級(jí)聯(lián)STATCOM直流側(cè)電壓二倍工頻波動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)了具有頻率自適應(yīng)性的滑動(dòng)平均濾波器(MAF)對(duì)直流側(cè)電壓濾波，同時(shí)分析MAF濾波環(huán)節(jié)對(duì)直流側(cè)穩(wěn)壓控制的影響，推導(dǎo)總體電壓穩(wěn)壓控制閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)其PI控制積分時(shí)間常數(shù)與MAF等效慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)的關(guān)系。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)證明了所提調(diào)制策略、電壓控制策略及數(shù)字濾波穩(wěn)定性分析的正確性和可行性。最后，研制了適于級(jí)聯(lián)多電平變流器裝置，基于雙DSP+FPGA+CPLD的電力電子

6、通用數(shù)字控制平臺(tái)，針對(duì)該通用數(shù)字控制平臺(tái)進(jìn)行了可靠的硬件設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了一系列可移植性好，通用性強(qiáng)的軟件模塊，設(shè)計(jì)了基于工控機(jī)的人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示，并可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行運(yùn)行模式切換、控制參數(shù)修改。針對(duì)級(jí)聯(lián)多電平變流器低開(kāi)關(guān)頻率的特點(diǎn)，分析了采用FPGA實(shí)現(xiàn)CPS-SPWM調(diào)制時(shí)PWM邏輯競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)生機(jī)理，并提出在三角載波上升、下降階段限制PWM電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)的方法消除該邏輯競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)三相10kV/±10MVar H橋級(jí)聯(lián)