無(wú)死區(qū)三相AC-DC雙向變流器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)，地球不可再生能源儲(chǔ)量逐年減少，環(huán)境污染造成了不可逆轉(zhuǎn)的危害，因此風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的開發(fā)和利用成為當(dāng)務(wù)之急。三相AC/DC雙向變流器能夠?qū)崿F(xiàn)交直流變換和能量的雙向流動(dòng)，在新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車充換電站等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的兩電平三相橋式AC/DC雙向變流器具有功率器件少、功率因數(shù)可控等優(yōu)點(diǎn)，但為避免橋臂直通而加入的死區(qū)會(huì)導(dǎo)致諧波含量的增加，現(xiàn)有的死區(qū)諧波補(bǔ)償方法則對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。目前，提高三相AC/DC雙向變流

2、器工作可靠性和效率，減小交流側(cè)電流諧波含量具有重要的意義。本文針對(duì)無(wú)死區(qū)三相AC/DC雙向變流器，研究了其關(guān)鍵技術(shù)，主要內(nèi)容如下：
　　(1)針對(duì)橋式拓?fù)浯嬖跇虮壑蓖ㄟ@一問(wèn)題，在不增加可控開關(guān)器件的前提下，研究無(wú)死區(qū)AC/DC變流器拓?fù)涞纳梢?guī)律，提出了一種無(wú)死區(qū)變流器拓?fù)涞纳煞椒ǎ⒗迷摲椒ㄉ闪硕喾N無(wú)死區(qū)AC/DC拓?fù)?。通過(guò)分析各拓?fù)涞膿p耗以及全周期和半周期控制方式對(duì)變流器波形質(zhì)量和效率的影響，比較了各拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)。分析結(jié)

3、果表明：所生成的雙Buck/雙Boost拓?fù)湫枰捎冒胫芷诳刂品绞揭蕴岣咝?，但半周期控制存在交流?cè)電流的過(guò)零畸變問(wèn)題；自環(huán)流AC/DC拓?fù)錈o(wú)電流過(guò)零畸變問(wèn)題，但其效率低于半周期控制下的雙Buck/雙Boost拓?fù)?；帶高頻整流橋AC/DC拓?fù)湟材軌驅(qū)崿F(xiàn)無(wú)死區(qū)和能量的雙向流動(dòng)，但其效率低于其它拓?fù)洹?br>　　(2)針對(duì)雙Buck/雙Boost拓?fù)涞陌胫芷诳刂撇呗裕治鰧?dǎo)致交流側(cè)電流過(guò)零畸變的原因，提出了一種抑制電流過(guò)零畸變的控制方法，通

4、過(guò)紋波電流負(fù)反饋改變?nèi)嚯娏鬟^(guò)零點(diǎn)附近的基準(zhǔn)信號(hào)，從而減小導(dǎo)致過(guò)零畸變的高頻紋波電流。針對(duì)新型控制方法會(huì)增加電流環(huán)在LCL諧振頻率處增益，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，結(jié)合主動(dòng)和被動(dòng)阻尼方法，分析了紋波電流負(fù)反饋對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：半周期控制下加入紋波電流負(fù)反饋可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下有效地抑制交流側(cè)電流的過(guò)零畸變。
　　(3)由于實(shí)際電網(wǎng)非理想，需要提高無(wú)死區(qū)變流器對(duì)非理想電網(wǎng)的適應(yīng)性。針對(duì)現(xiàn)有鎖相技術(shù)中鎖相

5、角受非理想電網(wǎng)電壓影響、且計(jì)算較為復(fù)雜的問(wèn)題，討論了進(jìn)行無(wú)鎖相控制的可行性，提出了一種基于坐標(biāo)變換的無(wú)鎖相控制方法，進(jìn)一步減小變流器的交流側(cè)電流諧波。討論了實(shí)際電網(wǎng)頻率和由控制器生成的相位角頻率不相同時(shí)可能導(dǎo)致的問(wèn)題，并采用無(wú)功功率負(fù)反饋控制方法確保參與坐標(biāo)變換的相位角的頻率能夠跟蹤電網(wǎng)的實(shí)際頻率。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所提出的控制方法能夠有效降低非理想電網(wǎng)對(duì)變流器性能的影響。
　　(4)無(wú)死區(qū)拓?fù)浔苊饬怂绤^(qū)引入的電流畸變，針對(duì)無(wú)死

6、區(qū)拓?fù)渑c有死區(qū)拓?fù)涞慕涣鱾?cè)濾波器設(shè)計(jì)的異同之處，研究適用于三相橋式拓?fù)浜蜔o(wú)死區(qū)拓?fù)涞腖CL濾波器設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，提出了一種基于變流器電流總諧波失真(THD)模型的參數(shù)優(yōu)化方法。通過(guò)對(duì)變流器橋臂輸出電壓進(jìn)行雙重傅里葉變換，計(jì)算出功率管高頻開關(guān)導(dǎo)致的電流諧波，通過(guò)對(duì)變流器有無(wú)死區(qū)情況下的諧波分析，計(jì)算死區(qū)引入的電流諧波并討論有死區(qū)和無(wú)死區(qū)對(duì)變流器諧波含量的影響?；谥C波分析建立開環(huán)THD模型，并在此基礎(chǔ)上分析控制環(huán)路對(duì)THD的影響，從而建立

7、閉環(huán)THD模型，采用數(shù)值優(yōu)化方法進(jìn)行LCL濾波器的參數(shù)優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，為減少計(jì)算時(shí)間，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法建立THD估算模型，采用簡(jiǎn)約梯度算法對(duì)LCL濾波器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最終的LCL濾波器參數(shù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的LCL濾波器能夠滿足THD和SHD的要求。
　　(5)研究無(wú)死區(qū)變流器在逆變工作模式下的抗孤島效應(yīng)檢測(cè)問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有主動(dòng)移頻式檢測(cè)方法存在檢測(cè)盲區(qū)的問(wèn)題，提出了一種基于主動(dòng)移頻法(AFD)的三相并網(wǎng)逆變器