電流型多電平變流器拓撲及其控制策略的研究.pdf

1、由于多電平變流器具有功率容量大、開關頻率低、輸出諧波小、響應速度快、電磁兼容性好等特點，從而使變流器裝置在增大容量的同時改善其輸出性能成為可能。而超導儲能技術的不斷發(fā)展、高反向電壓阻斷能力半導體器件(如MCT、IGCT等)的相繼出現，將有效解決電流型變流器的效率問題，為電流型多電平變流器在某些大電流高功率場合的應用提供了優(yōu)勢。本文主要是系統地研究了電流型多電平變流器的主電路拓撲構造、PWM調制策略、自均流特性以及均流控制方法；本文還研究

2、了一種三相電流型多電平PWM整流器。 在閱讀相關參考文獻的基礎上，對電流型多電平變流器的拓撲發(fā)展概況進行了歸納，同時對各種拓撲的工作原理進行了分析。針對幾種常用的多電平PWM調制策略，就其基本調制特點以及在電流型多電平變流器中的應用概況進行了介紹。結合目前電流型多電平變流器研究所取得的成果，介紹了電流型多電平變流器的實際應用前景和研究意義。 本文推導和構造了多種電流型多電平變流器拓撲，為整個研究工作打下了良好的基礎。利用

3、電路對偶原理，推導出了一種通用型單相電流型5電平變流器拓撲，經過簡化和改進，提出了一種單相6開關電流型5電平變流器拓撲。然而，如何構造三相電流型多電平變流器拓撲，則是拓撲研究工作的一個難點。為了能運用對偶定理，將三相電壓型多電平變流器電路進行等效變換獲得平面化的拓撲圖，再利用打點法推導出了三相電流型5電平變流器拓撲1。通過改造矩陣變換器輸入側的電源連接方式，派生出了三相電流型5電平變流器拓撲2。結合多電平電流的產生機理，利用電感并聯實現

4、分流的思想推導了三相電流型5電平變流器拓撲3。以單相6開關電流型5電平變流器作為基本單元，通過適當的連接與組合，分別得到了三相電流型5電平變流器拓撲4和拓撲5。 研究了各類電流型多電平變流器的PWM調制策略。研究了多電平PWM調制技術在單相電流型多電平變流器和A類三相多電平變流器中的應用，并對其輸出諧波特性進行了理論分析，獲得了與電壓型多電平變流器相同的諧波消除性能。對于B類變流器，只要在實現單相多電平變流器PWM調制的基礎上，

5、將3個調制波的相位依次錯開120°就可輸出三相多電平電流。針對C類變流器，主要研究了基于三邏輯的PWM調制技術，由于三邏輯載波相移SPWM技術在線性調制區(qū)存在基波損失，為提高輸入電流的利用率，對過調制區(qū)的輸出諧波特性進行了理論分析，得到了幅值調制比與基波幅值、諧波特性之間的定量關系，為在過調制時如何選取合適的幅值調制比提供了理論參考。 本文分類研究了電流型多電平變流器的自均流特性。通過建立分流電感電壓的數學表達式，對Ⅰ類和Ⅱ類變

6、流器的穩(wěn)態(tài)自均流特性進行了詳細的理論分析，并得出了相對應的結論，為實現均流控制提供了理論基礎。本文利用雙重傅立葉變換及其線性性質，在中間電平電流不平衡條件下，對三邏輯載波相移SPWM以及多載波垂直分布SPWM輸出波形的諧波特性進行了數學分析，從理論上說明了由于中間電平電流不平衡而對多電平變流器輸出性能所產生的影響。 結合Ⅰ類和Ⅱ類變流器的：PWM調制策略，分別提出了相對應的均流控制方法。對于Ⅰ類變流器，本文提出了一種基于直流側電

7、流反饋的均流方法，彌補了基于載波旋轉方法所存在的動態(tài)均流特性差，穩(wěn)態(tài)特性易受負載性質影響等不足。為解決Ⅱ類變流器的電流不平衡問題，在實現載波相移SPWM的基礎上，提出了一種基于直流側電流反饋、利用跨相冗余開關組合自動切換的均流方法。針對該種均流方法在更高電平變流器中不容易實現的問題，提出了一種基于調節(jié)脈沖寬度的均流方法，由于各個模塊單元間采用相對獨立的均流控制方式，因此不受變流器輸出電平數增加的影響，可擴展應用于更高電平數輸出的變流器，

8、實現方法具有普遍性。 本文根據電流型多電平SPWM變流器可逆的思想，結合載波相移SPWM整流技術和模塊并聯擴容技術，研究了一種三相電流型多電平PWM整流器。通過建立平均等效電路模型對多電平整流器的工作原理進行了分析，為滿足電流型PWM整流器的控制要求，研究了三邏輯PWM技術的數字化實現方法，并通過建立7電平整流器的實驗樣機對控制原理和實現方法進行了實驗驗證。與多脈波電流型相控整流器的基本性能進行了對比分析，三相電流型多電平PWM