基于虛擬正交源電壓合成策略的直接AC-AC變換拓?fù)渑c控制技術(shù)研究.pdf

1、交交功率變換是電力電子學(xué)四大變換之一，是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的主要研究應(yīng)用方向。帶有中間直流單元的整流——逆變形式交交變流器普遍存在儲(chǔ)能元件價(jià)格昂貴、壽命短、功率密度低等缺點(diǎn)，因此研究無(wú)儲(chǔ)能元件的直接交交變流器技術(shù)一直是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文對(duì)交交功率變換領(lǐng)域的諸多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛綜述，針對(duì)直接交交斬波器拓?fù)潆y以實(shí)現(xiàn)任意給定電壓輸出的問(wèn)題，提出了應(yīng)用于該類(lèi)拓?fù)涞?，?shí)現(xiàn)任意給定頻率、相位、幅值交流電壓輸出的虛擬正交源優(yōu)化電壓合

2、成策略，進(jìn)而拓展了該類(lèi)拓?fù)涞膽?yīng)用范圍，在多個(gè)交交功率變換領(lǐng)域得到一系列高可靠的新型直接交交交流解決方案。
　　首先，基于最簡(jiǎn)單的Buck型交流斬波器，推導(dǎo)得出采用時(shí)交占空比給定控制、輸出電壓零序分量對(duì)消方式，在三相交流斬波器拓?fù)渲挟a(chǎn)生需要的基頻正序分量，諧波頻率正序分量和諧波頻率負(fù)序分量，進(jìn)而得到任意頻率、相位、幅值的三相交流輸出電壓的虛擬正交源電壓優(yōu)化合成策略，同時(shí)有效解決控制過(guò)程中產(chǎn)生的額外諧波電壓。通過(guò)采用以上策略，單相結(jié)構(gòu)

3、的交流斬波器可以有效克服其原有局限，其應(yīng)用范圍將推廣至交交功率變換的大部分領(lǐng)域。通過(guò)分析得出結(jié)論，在簡(jiǎn)單Buck型交流斬波器上應(yīng)用該新策略，其輸出電壓中存在額外不可控的基波分量，因此限制了其應(yīng)用。進(jìn)而總結(jié)和歸納出基于虛擬正交源電壓優(yōu)化合成策略的直接交交交流器拓?fù)渌鶓?yīng)具備的基本特征，為新拓?fù)涞囊肱c研究提供了理論指導(dǎo)。
　　其次，論文給出了一系列工頻隔離的適用于虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略的直接交交交流器拓?fù)?，從中并進(jìn)一步推衍得到使用

4、商業(yè)化半橋模塊，并且使變壓器高頻損耗降低的改進(jìn)型推挽正激拓?fù)?。同時(shí)，針對(duì)在電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域輸出極低頻電壓的要求，進(jìn)一步給出了一系列高頻隔離的適用于虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略的直接交交交流器拓?fù)洌⒎治隽嗽擃?lèi)拓?fù)涞母哳l變壓器在新型控制策略下的勵(lì)磁狀態(tài)，為高頻變壓器的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。論文同時(shí)對(duì)上述直接交交交流器拓?fù)溥M(jìn)行建模，得到能夠用于系統(tǒng)快速仿真的電路精確大信號(hào)模型。同時(shí)通過(guò)在模型中引入非線性的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)了虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略的數(shù)學(xué)建

5、模。通過(guò)在控制中引入附加算子，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了使用優(yōu)化電壓合成策略的直接交交變流器控制和傳統(tǒng)逆變器控制的等效，從而將針對(duì)傳統(tǒng)逆變器類(lèi)電路的閉環(huán)控制策略無(wú)縫移植到新技術(shù)中，加速對(duì)以上交交交流器控制方案和應(yīng)用領(lǐng)域的研究，實(shí)現(xiàn)了新型直接交交變流控制技術(shù)研究和傳統(tǒng)逆變器控制技術(shù)研究的有機(jī)統(tǒng)一。
　　再者，論文針對(duì)多個(gè)交交功率變換應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)了基于新型直接交交變換技術(shù)的解決方案。論文提出了一種直接交交動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，并提出了基于以上裝置的一整套

6、諧波檢測(cè)和補(bǔ)償電壓生成算法，在交流斬波器結(jié)構(gòu)的電壓補(bǔ)償裝置中成功實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償電網(wǎng)諧波電壓的功能。接下來(lái)，論文將新方案應(yīng)用于對(duì)交流負(fù)載供電的領(lǐng)域，并開(kāi)發(fā)了針對(duì)不同負(fù)載的閉環(huán)控制算法，驗(yàn)證了其對(duì)多種交流負(fù)載供電，特別是應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的可行性。再者，論文提出了一種直接交交潮流控制器，并開(kāi)發(fā)了針對(duì)該方案的最小視在功率潮流控制算法，實(shí)現(xiàn)了以小容量的變流器對(duì)電網(wǎng)潮流的大幅度控制。論文還提出了一種直接交交串聯(lián)型有源電力濾波器，解決非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧

7、波電流問(wèn)題。其控制方案完全模擬經(jīng)典的逆變器控制，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)逆變器的控制算法的無(wú)縫移植。隨著研究不斷深入，基于以上新方案和新電路可以繼續(xù)開(kāi)發(fā)更多更實(shí)用的應(yīng)用場(chǎng)合。
　　論文通過(guò)在交流斬波器拓?fù)渖咸岢鰧?shí)現(xiàn)任意頻率，相位，幅值的三相交流電壓輸出的虛擬正交源優(yōu)化電壓合成策略，使該類(lèi)電路突破其原有局限，進(jìn)而能夠被應(yīng)用到交交功率變換的大部分領(lǐng)域。本研究拓展了電力電子學(xué)科的一個(gè)新研究方向，為電力電子技術(shù)理論和拓?fù)溲芯刻峁┝诵滤悸贰Ｕ撐幕诓捎眯?/p>

8、電壓合成策略的直接交交拓?fù)?，提出了一系列新型電力電子裝置。以上裝置的提出，為交交功率變換的多個(gè)領(lǐng)域提供了高可靠的替代解決方案。
　　最后，論文介紹了使用FPGA+DSP聯(lián)合控制的通用電力電子數(shù)字控制平臺(tái)的研發(fā)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了可靠的硬件設(shè)計(jì)以及強(qiáng)調(diào)移植性和通用性的軟件設(shè)計(jì)。針對(duì)該平臺(tái)，同時(shí)開(kāi)發(fā)了一套完整的基于觸摸屏的人機(jī)交互界面。基于平臺(tái)開(kāi)發(fā)了兩套針對(duì)新型直接交交變換應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)裝置。同時(shí)，該平臺(tái)由于其通用性，也能夠用于絕大多數(shù)電力電子