電流型多電平變流器的一些相關(guān)理論以及應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、多電平變流器具有功率容量大、開關(guān)頻率低、輸出諧波小以及電磁兼容性好等特點，使得變流器裝置在增大容量的同時改善其輸出性能成為可能。隨著超導(dǎo)儲能技術(shù)的不斷發(fā)展以及高反向電壓阻斷能力半導(dǎo)體器件（如MCT、IGCT等）的相繼出現(xiàn)，電流型變流器的效率問題將得以解決，這為電流型多電平變流器在某些大電流高功率場合的應(yīng)用提供了優(yōu)勢。本文首先研究了電流型多電平變流器的一些相關(guān)理論，如拓?fù)錁?gòu)造方法、PWM調(diào)制技術(shù)等；在此基礎(chǔ)上，本文以三相電流型多電平整流器

2、的應(yīng)用研究為目標(biāo)，對三相電流型多電平整流器的工作特性、參數(shù)設(shè)計以及控制方法等進行了深入研究，并取得了以下一些成果。 本文提出了基于基本電路單元的電流型多電平交流器拓?fù)涞臉?gòu)造方法。采用本文所提出的拓?fù)錁?gòu)造方法不僅推導(dǎo)出了已有的一些電流型多電平變流器拓?fù)?，還構(gòu)造出了一些新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，本文分析了電壓型多電平變流器與電流型多電平變流器的“內(nèi)在”對偶關(guān)系，揭示了通過借鑒電壓型多電平變流器的研究成果來研究電流型多電平變流器的一些

3、方法。 本文提出了三相電流型變流器的間接調(diào)制技術(shù)和直接調(diào)制技術(shù)。間接調(diào)制技術(shù)是將二邏輯信號到三邏輯信號的變換關(guān)系作為通過三相電壓型變流器調(diào)制策略來構(gòu)造三相電流型變流器調(diào)制策略的一種通用實現(xiàn)手段。直接調(diào)制技術(shù)是基于三相電流型變流器本身的開關(guān)工作機理而提出的。與間接調(diào)制技術(shù)相比，直接調(diào)制技術(shù)具有線性傳輸特性、開關(guān)次數(shù)少、直流電流利用率高等優(yōu)點。另外，本文還提出了一種低電壓應(yīng)力直接調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)了變流器的非零矢量所在相之間的自然換相。

4、 本文建立了三相電流型多電平整流器的低頻數(shù)學(xué)模型和高頻數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)分析了三相電流型多電平整流器的頻域特性。在此基礎(chǔ)上，從整流器的工作性能、電路參數(shù)以及系統(tǒng)成本等方面對三相電流型多電平整流器和三相多重化相控整流器進行了比較。分析結(jié)果表明，三相電流型多電平整流器的多項性能指標(biāo)要優(yōu)于多重化相控整流器，因此本文提出了在今后工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，采用三相電流型多電平整流器來取代多重化相控整流器的設(shè)想。 基于頻域特性分析結(jié)果，本文提出了

5、一種三相電流型多電平整流器直流側(cè)濾波參數(shù)的設(shè)計方法。該方法將多模塊并聯(lián)整流器的直流側(cè)等效電路等效為多個單模塊整流器直流側(cè)等效電路的并聯(lián)，因此當(dāng)三相電流型多電平整流器恒流輸出時，直流側(cè)體現(xiàn)為一階系統(tǒng)，可以根據(jù)直流電流紋波指標(biāo)要求和系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)要求對分流電感參數(shù)進行設(shè)計。當(dāng)三相電流型多電平整流器恒壓輸出時，可以參照Buck電路原理來設(shè)計其直流側(cè)分流電感參數(shù)和濾波電容參數(shù)。 本文研究了三相電流型多電平整流器的控制方法。首先研究了基于直

6、接電流控制的雙閉環(huán)控制方法在三相電流型多電平整流器中的應(yīng)用。然后，針對三相電流型多電平整流器恒壓輸出情況，提出了采用負(fù)載電流前饋控制的雙閉環(huán)控制策略，解決了開環(huán)幅值增益尖峰和系統(tǒng)快速性之間的矛盾，使得系統(tǒng)即便采用較小的回路增益，仍可具有較快的動態(tài)響應(yīng)和較好的穩(wěn)態(tài)性能。 最后，基于DSP和FPGA硬件平臺，設(shè)計了三相電流型多電平整流器的全數(shù)字化控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，分別對三相電流型多電平整流器在恒流輸出和恒壓輸出時的工作情況進行了