三相多電平變流器電壓平衡、箝位策略與調制技術研究.pdf

1、電壓源型多電平變流器因其輸出電平等級多，輸出電壓THD小，在高壓大功率場合有較大的市場需求和應用前景，因而具有重大的研究意義和價值。雖然在工業(yè)場合電壓型變流器已經(jīng)有很多應用，但由于種類多，結構復雜，對其研究的步伐遠未停止。本文針對適合飛跨電容筘位型變流器載波PWM調制方法，二極管箝位型變流器直流端電容電壓難平衡的問題，三相三電平(VIENNA結構)整流器的控制和滯環(huán)電流控制在多電平中的應用展開了工作。 針對飛跨電容型多電平變流器

2、，從載波相移PWM方法和消諧波PWM方法的特點差異出發(fā)，結合飛跨電容型結構電容電壓平衡機理，對適合該結構的旋轉載波PWM調制方法的構造和由來進行詳細分析；利用雙重傅立葉變換，從本質上定量推出應用該PWM方法時輸出電壓的諧波特性，并通過在高調制度和低調制度情況下三電平和五電平逆變器的仿真和三電平逆變器的實驗進行驗證。推導和仿真實驗結果表明旋轉載波PWM方法與消諧波PWM方法在諧波性能上本質是相同的，它們相電壓中載波頻率處諧波集中了該諧波帶

3、的絕大部分能量，這一諧波在合成線電壓時得以抵消，所以線電壓諧波性能最好，最易于用濾波器濾除。與載波相移方法相比，它不僅能夠提高系統(tǒng)的等效開關頻率，實現(xiàn)電容電壓的自平衡，并且由于載波之間沒有相移，采用該方法得到的輸出線電壓諧波含量明顯要小。本文對載波交疊特性在飛跨電容型中的應用也進行了研究，得出適于二極管箝位型的單純載波交疊PWM方法對飛跨電容電壓的平衡沒有貢獻的結論，無法將其直接用于該拓撲中。為了把載波交疊特性用于飛跨電容型中，提出一種

4、既具有載波交疊特性，又能實現(xiàn)飛跨電容電壓自平衡的新型載波PWM方法，并通過三電平逆變器的實驗驗證該方法的效果。 針對傳統(tǒng)二極管箝位型多電平中直流端電容電壓難以平衡的問題，本文從硬件角度出發(fā)，提出一種基于混和筘位技術的三相四橋臂多電平變流器拓撲，該拓撲在傳統(tǒng)二極管型拓撲基礎上增加了第四橋臂來充當箝位橋臂。與已有基于混和箝位技術的三相變流器拓撲相比，該新型拓撲能大大減少所用有源器件的數(shù)量，實現(xiàn)筘位開關和主開關器件的完全解耦，因此可以

5、對它們進行獨立控制。這一特性使得新型拓撲能不加改變的采用傳統(tǒng)二極管型多電平拓撲所有調制策略和控制方法，同時不用折衷考慮電容電壓平衡，這在已有混和箝位拓撲是不能做到的。通過對三電平和五電平逆變器的仿真以及三電平逆變器的實驗，驗證了新型拓撲的電容電壓平衡效果。該新型拓撲在電平數(shù)大于五的應用場合具有很大的應用潛力。 針對VIENNA結構整流器，比較了一種單相三電平Boost功率因數(shù)校正整流器與其在結構和控制上的相似之處，把該單相三電平

6、整流器的控制策略拓展到三相三電平整流器(VIENNA)中，此控制方法成本低廉、思路清晰、電路簡易可靠，開關管工作在恒頻率下，承受最大電壓為輸出電壓的一半。通過仿真和實驗結果驗證了控制方法是有效的。 針對滯環(huán)電流控制在多電平變流器中的應用，本文以有源電力濾波器系統(tǒng)為仿真平臺，采用無偏置量滯環(huán)電流控制對以飛跨電容型變流器為主變換器的有源濾波器系統(tǒng)進行仿真研究其響應特性；并對基于空間矢量概念的滯環(huán)電流控制在三相四橋臂三電平變流器的應用