【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的日益匱乏與人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),新能源發(fā)電技術(shù)愈發(fā)受到關(guān)注。同時(shí)由于近年來(lái)電動(dòng)汽車的推廣力度逐漸增大,人們對(duì)于電動(dòng)汽車充電設(shè)備的需求也在日益增長(zhǎng)。變流器作為接口設(shè)備,在這些應(yīng)用場(chǎng)合之中均占據(jù)重要地位。考慮到現(xiàn)有材料與成本問(wèn)題,多電平變流設(shè)備是中壓、大功率電能變換領(lǐng)域的首選,其中以三相三電平中點(diǎn)箝位型變流設(shè)備的應(yīng)用最為廣泛。本文以該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),對(duì)三電平中點(diǎn)箝位型逆變器展開(kāi)詳細(xì)深入地研究。直流側(cè)的中點(diǎn)電位保持在直流電源的一半,對(duì)保證三電平中點(diǎn)箝位型變流器正常輸出具有重要意義。在傳統(tǒng)方法中,依靠冗余小矢量對(duì)中點(diǎn)電位進(jìn)行調(diào)節(jié),然而該方法對(duì)中點(diǎn)電位的調(diào)節(jié)范圍有限,在低功率因數(shù)或高調(diào)制度的情況下調(diào)節(jié)能力減弱甚至消失。與此同時(shí),在傳統(tǒng)調(diào)制模式下使用該調(diào)節(jié)方法將引起中點(diǎn)電位低頻波動(dòng),對(duì)逆變器運(yùn)行造成影響。在深入分析中點(diǎn)電位與各個(gè)電壓矢量之間關(guān)系后,本文提出多段中矢量的概念,并將多段中矢量與模型預(yù)測(cè)控制方法相結(jié)合,使得變流器在全調(diào)制度下都具有中點(diǎn)電位調(diào)節(jié)的能力,同時(shí)消除了中點(diǎn)電位低頻波動(dòng)現(xiàn)象。該方法不僅提高了對(duì)中點(diǎn)電位變化的控制能力,也提高了系統(tǒng)對(duì)中點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)的速度。此外,針對(duì)傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制對(duì)采樣與開(kāi)關(guān)頻率要求高,運(yùn)算量大,開(kāi)關(guān)頻率不固定的問(wèn)題,本文提出了相應(yīng)的解決方案,即在每個(gè)控制周期之中,每次選取多個(gè)電壓矢量,同時(shí)采用輸出電壓矢量順序相配合的控制方法。然而模型預(yù)測(cè)控制與多段中矢量相結(jié)合的方法依然對(duì)控制器的運(yùn)算能力要求較高,不利于逆變器工作在動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合�？紤]到空間矢量調(diào)制方法與載波調(diào)制具有同一性,本文提出通過(guò)將雙載波調(diào)制與雙調(diào)制波調(diào)制相結(jié)合的方法,在其中利用對(duì)占空比的二次補(bǔ)償,得到了與采用多段中矢量相似的效果。該方法省略了對(duì)各個(gè)矢量單獨(dú)作用時(shí)間的計(jì)算,減少了調(diào)制過(guò)程的時(shí)間,同時(shí)保留了載波調(diào)制的算法簡(jiǎn)單且應(yīng)用方便的特點(diǎn)。三電平逆變器的輸出電壓質(zhì)量不僅受自身中點(diǎn)電位影響,也與負(fù)載有關(guān)。針對(duì)應(yīng)用于分布式發(fā)電等場(chǎng)合之中,逆變器接入非線性負(fù)載導(dǎo)致輸出電壓受影響的問(wèn)題進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模,推導(dǎo)出該情況下的電路模型,推導(dǎo)出減少輸出電壓諧波的方法。而為保證該方法的普遍適用性,考慮到可能存在的并聯(lián)情況,本文在下垂控制的框架下,構(gòu)建了諧波功率下垂控制。通過(guò)虛擬諧波功率構(gòu)造出對(duì)諧波電壓控制的負(fù)反饋回路,減小了輸出電壓之中的諧波含量。為驗(yàn)證上述算法,在實(shí)驗(yàn)室之中搭建了三電平中點(diǎn)箝位型變流器樣機(jī)進(jìn)行相應(yīng)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)結(jié)果表明,多段中矢量可提高三電平變流器在高調(diào)制度下對(duì)中點(diǎn)電位的調(diào)節(jié)能力;諧波下垂法增強(qiáng)了逆變器對(duì)外界負(fù)載擾動(dòng)的抵抗能力,保證了非線性負(fù)載下逆變器輸出電壓波形質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM464
【圖文】：

第一章 緒論與兩電平變流設(shè)備相比，多電平變流設(shè)備具有開(kāi)關(guān)應(yīng)力低，輸出波形正弦度高，開(kāi)關(guān)損耗小等特點(diǎn)[21]。多電平設(shè)備從拓?fù)渖峡梢苑譃?1)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器(2)中點(diǎn)箝位型(Neutral Point Clamped, NPC)逆變器。1.2.1 級(jí)聯(lián)型多電平逆變器級(jí)聯(lián)型逆變器于 1975 年 P.Hammond 提出，是最早的一種多電平逆變器拓?fù)�，也是人們�(cè)诙嚯娖阶兞黝I(lǐng)域的第一次嘗試。經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展并拓寬它的應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在級(jí)聯(lián)型逆變器廣泛應(yīng)用于高電壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、大功率電源等大功率場(chǎng)合[22]。

充電電路復(fù)雜[35]；(2)為保證多電平輸出，在穩(wěn)態(tài)時(shí)依然需要確保各電容上電壓維持在特定值[36]；(3)載波調(diào)制狀態(tài)下，電容電壓不易控制，輸出波形中諧波含量較高[37]，且調(diào)制方式復(fù)雜；(4)為減少飛跨電容的容值，系統(tǒng)需要工作在較高的開(kāi)關(guān)頻率下[24]。由此可見(jiàn)，(1)和(2)不利于系統(tǒng)體積的減小與成本的降低，(3)和(4)限制了系統(tǒng)的使用范圍，(4)使得該類型逆變器開(kāi)關(guān)損耗增加，不利于工作在大功率變流場(chǎng)合。飛跨電容箝位型多電平逆變器自身的特點(diǎn)，限制了它的應(yīng)用范圍，科研人員對(duì)二極管箝位型多電平逆變器進(jìn)行廣泛應(yīng)用與深入研究。以三電平二極管中點(diǎn)箝位型(3L-NPC)逆變器為例，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示，通過(guò)在每個(gè)橋臂上的兩個(gè)二極管，使得輸出相電壓分為 0，±0.5 ，其中 表示直流電壓源幅值。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變流器可在實(shí)際應(yīng)用之中實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。

NPC 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其換流狀態(tài)分析可控硅器件問(wèn)世以來(lái)，研究人員提出了各種控制方法與變流需求在交流、直流形式之間進(jìn)行變換的目的。最早得以廣泛 器件，為增大系統(tǒng)的容量，IGBT 器件應(yīng)運(yùn)而生。IGBT 器件通流能力更強(qiáng)。隨著人們對(duì)系統(tǒng)耐壓與容量要求的進(jìn)一步提比 IGBT 更高的電壓，耐受溫度更高等特點(diǎn)，得到人們的青用，復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路以及驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的電壓過(guò)沖問(wèn)題，限制階段，IGBT 依然是中壓，大功率電路的首選器件。IGBT 耐壓能力不足與系統(tǒng)電壓提升之間的矛盾，研究人員提過(guò)多年的研究，多電平拓?fù)湓?1kV 至 10kV 的中壓大功率領(lǐng)在此之中，二極管箝位型多電平拓?fù)涫亲顬槌Ｒ?jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)器作為主要研究對(duì)象。 設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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1 呂建國(guó);吳馥云;胡文斌;應(yīng)展烽;吳軍基;;動(dòng)態(tài)搜索調(diào)節(jié)調(diào)制波偏置的SPWM三電平逆變器中點(diǎn)電壓平衡控制方法[J];電力自動(dòng)化設(shè)備;2015年12期

2 熊連松;卓放;劉小康;;增強(qiáng)型滑動(dòng)平均濾波算法及其在畸變電網(wǎng)相位同步控制中的應(yīng)用[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年21期

3 雷蕓;肖嵐;鄭昕昕;;不平衡電網(wǎng)下無(wú)鎖相環(huán)三相并網(wǎng)逆變器控制策略[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年18期

4 白建華;辛頌旭;劉俊;鄭寬;;中國(guó)實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展路徑研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年14期

5 姜子健;楊歡;沈建輝;曹海洋;徐興華;;基于級(jí)聯(lián)延時(shí)信號(hào)消除-鎖相環(huán)算法的配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器控制策略[J];電網(wǎng)技術(shù);2015年07期

6 姚修遠(yuǎn);金新民;李金科;吳學(xué)智;李會(huì)南;;三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的中點(diǎn)電位控制策略[J];電網(wǎng)技術(shù);2015年06期

7 任康樂(lè);張興;王付勝;屠運(yùn)武;汪令祥;;中壓三電平并網(wǎng)逆變器斷續(xù)脈寬調(diào)制策略及其輸出濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年17期

8 吳德會(huì);李钷;;基于FCS-MPC的電壓跟蹤調(diào)制方法[J];電力自動(dòng)化設(shè)備;2015年03期

9 佘陽(yáng)陽(yáng);楊柏旺;吳志清;李王敏;姜衛(wèi)東;;基于載波和空間矢量調(diào)制之間聯(lián)系的多電平VSI降低和消除共模電壓的PWM策略[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年04期

10 馬遜;李耀華;葛瓊璇;任晉旗;趙魯;趙震;;諧波電流最小同步優(yōu)化脈寬調(diào)制策略研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年05期

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