用于新型貫通供電系統(tǒng)的級聯(lián)變換器研究.pdf

1、針對現(xiàn)有供電系統(tǒng)的不足而提出的貫通供電系統(tǒng)能夠完全取消電分相裝置，較好地解決電能質量問題。同時，電力電子器件功率等級的不斷提升使得該系統(tǒng)的優(yōu)勢日益突出。本文研究用于無輸出變壓器新型貫通供電系統(tǒng)的級聯(lián)變換器，并從理論、仿真和實驗三方面驗證了系統(tǒng)的可行性。
　　本文首先從工程實際出發(fā)，設計了用于新型貫通供電系統(tǒng)的三相-單相級聯(lián)變換器結構及其控制系統(tǒng)。研究了三相三電平二極管鉗位整流器的拓撲結構和工作原理，建立了整流器在dq坐標系下的數(shù)學

2、模型，結合數(shù)學模型研究了dq解耦雙閉環(huán)控制策略;研究了單相三電平二極管鉗位級聯(lián)逆變器的拓撲結構和工作原理，建立了逆變器的數(shù)學模型，在此基礎上研究了單相級聯(lián)逆變器的電壓閉環(huán)控制策略;探討了三相-單相變換器直流電壓二次脈動產(chǎn)生機理，并設計了二次濾波電路來抑制直流側電壓二次脈動。
　　結合多電平調制技術研究現(xiàn)狀，重點研究了多載波SPWM調制策略。深入分析了載波層疊SPWM調制策略(Carrier Disposition SPWM，CD-

3、SPWM)和載波移相SPWM調制策略(Carrie Phase-shifted SPWM，CPS-SPWM)，對比了不同調制策略下變換器輸出電壓的諧波特性。根據(jù)各個調制策略的優(yōu)缺點，結合三電平二極管鉗位PWM變換器電路特點，設計了適合三相-單相級聯(lián)變換器系統(tǒng)的調制策略，包括三相-單相PWM變換器模塊內的同相層疊調制(Phase Disposition SPWM，PD-SPWM)和三相-單相PWM變換器模塊間CPS-SPWM級聯(lián)調制策略。

4、
　　在上述研究的基礎上，利用Matlab/simulink仿真平臺完成了三相-單相PWM變換器、單相PWM逆變器級聯(lián)仿真驗證，最終搭建了基于三相-單相級聯(lián)變換器的新型貫通供電系統(tǒng)變電所仿真模型，在啟動、空載、帶載等工況下分別對系統(tǒng)三相電網(wǎng)側、直流側、單相牽引網(wǎng)側仿真結果進行分析，并分析了三相電網(wǎng)側電壓電流和單相輸出電壓的諧波特性。仿真結果表明系統(tǒng)在多種工況下均能正常穩(wěn)定工作，工況發(fā)生改變時，系統(tǒng)能快速響應，超調小，調整時間短。在

5、帶載情況下，系統(tǒng)網(wǎng)側功率因數(shù)為1，網(wǎng)側電壓電流諧波含量低，單相牽引網(wǎng)輸出電壓波形質量高，動態(tài)響應好。仿真驗證了理論分析的正確性和本文所設計的三相-單相級聯(lián)變換器系統(tǒng)結構、控制策略、調制策略的可行性和有效性。
　　最后，本文搭建了基于FPGA的小功率實驗平臺，設計了實驗方案和實驗系統(tǒng)結構及參數(shù)。在實驗平臺上完成了三相-單相PWM變換器實驗、單相PWM變換器級聯(lián)實驗，三相-單相級聯(lián)變換器系統(tǒng)實驗。實驗結果證明，本文所研究的級聯(lián)變換器能

6、夠有效擴大系統(tǒng)容量，同時進一步驗證了本系統(tǒng)的主電路結構、控制策略和調制策略的可行性。
　　綜上所述，本文在理論分析的基礎上，設計了用于新型貫通供電系統(tǒng)的三相-單相級聯(lián)變換器結構、控制系統(tǒng)及其調制策略，通過仿真和實驗驗證了基于三相-單相級聯(lián)變換器的新型貫通供電系統(tǒng)可取消輸出升壓變壓器，降低系統(tǒng)電力電子器件的耐壓要求;輸出電壓電平數(shù)可倍增，使得開關頻率可降得更低，開關損耗隨之降低;當電平數(shù)足夠高時，諧波含量很低，可取消濾波電路;可根據(jù)