基于雙向開關型的電力電子變換器研究.pdf

1、電力電子裝置在工業(yè)和生活中得到越來越廣泛的應用，隨之給人們也帶來了一系列的新問題：無功和諧波問題日益嚴重，變換器效率仍然較低，電磁干擾依然嚴重，環(huán)境繼續(xù)惡化等。在提倡節(jié)能降耗的背景下，電力電子雙向開關在AC/AC和AC/DC單級變換器中的應用成為了近年來的研究熱點之一。這種單級變換器具有高功率因數(shù)、能量可雙向流動、變換效率高、節(jié)能效果明顯、控制簡單、性能優(yōu)良以及對電網污染小等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。 本文緊緊圍繞著電力電子雙向

2、開關在單級變換器中的應用及其控制系統(tǒng)展開研究，主要對交流直接變換器和三相Buck 型高頻隔離雙向開關整流器的拓撲結構、數(shù)學模型、主電路設計、控制策略及系統(tǒng)性能改善等方面進行研究。本文的主要工作和取得的研究成果如下： （1）將電力電子雙向開關應用于傳統(tǒng)的直流基本變換電路拓撲族，并以電力電子雙向開關的多種電路形式為基礎，將單管電力電子雙向開關和雙管電力電子雙向開關結合進行電路拓撲改進，提出交流基本變換電路拓撲族。根據(jù)上述拓撲族的電路

3、結構的差異，將現(xiàn)有的交流基本變換電路拓撲族分為電壓源型交流基本變換電路拓撲族和電流源型交流基本變換電路拓撲族（2）以上述的交流基本變換電路拓撲族為基礎，對矩陣變換器的基于電壓或電流方向的四步換流法進行分析，通過檢測輸入電壓的極性方向預測續(xù)流電流的極性方向，提出基于電流預測方向和互補PWM 合成的兩步換流法。當實際續(xù)流電流的極性方向與電流預測的極性方向相同時，主控開關管和續(xù)流開關管將實現(xiàn)非互補的續(xù)流PWM 控制，當實際續(xù)流電流的極性方向與

4、電流預測的極性方向不同時，主控開關管和續(xù)流開關管將實現(xiàn)互補PWM 控制。仿真分析驗證了該電路拓撲和上述PWM 換流方案的可行性。 （3）以Buck 型交流斬波的正弦波調光模塊為基礎，為了減小交流雙向開關的二極管反向恢復電流，對交流雙向開關在電路中的應用進行了緩沖設計，減小了換流過渡過程中di/dt和dv/dt 沖擊問題。在雙向開關器件之間提供低阻分流之路限制器件的浪涌電壓，有效的保障了電路的工作安全，降低了開關損耗，提高系統(tǒng)效率

5、。為了改善系統(tǒng)在輕載或空載情況下的振蕩問題，對輸出濾波器進行改進，在系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的基礎上實現(xiàn)占空比前饋的雙閉環(huán)控制，在實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)精度的前提下改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。對系統(tǒng)的磁性元件和EMI 濾波器進行分析和設計，同時對多模塊并聯(lián)運行的控制系統(tǒng)進行設計和分析。最終通過仿真和實驗結果驗證了上述主電路設計和控制系統(tǒng)的可行性。 （4）對三相Buck 電流型整流器（CSR）的電路拓撲進行分析，建立三相abc靜止坐標系下和dq 同步旋轉坐標

6、系下的數(shù)學模型，對三相電流型整流器模型進行靜態(tài)特性、有功、無功功率以及系統(tǒng)的單位功率因數(shù)控制進行分析。在上述基礎上，進行三相電流空間矢量PWM 調制分析，并對電流變換器的SPWM和SVPWM的電流利用率進行討論，闡述了電流控制的原理和方法，為后面的三相Buck 型高頻隔離雙向開關整流器的系統(tǒng)設計提供了理論基礎。 （5）以三相Buck 型高頻隔離雙向開關整流器的工作原理和數(shù)學模型為基礎，深入地對其三相PWM 調制策略及換相進行分析

7、，給出三相Buck 型高頻隔離雙向開關整流器的主電路結構及硬件參數(shù)設計。以三相Buck 型高頻隔離雙向開關整流器的數(shù)學模型為基礎，給出了其雙閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，在輸出直流電壓控制的同時，實現(xiàn)輸入側的高功率因數(shù)和低輸入電流電流諧波畸變率。本文從變壓器的直流磁偏分析入手，提出基于電流峰值控制的數(shù)字化直流磁偏控制，并取得較好的直流磁偏控制效果。 接著針對直流變換器的數(shù)字化控制中出現(xiàn)的數(shù)字極限環(huán)振蕩現(xiàn)象，本文給出基于誤差累積的數(shù)字PWM的