论文部分内容阅读
级联多电平变换器已成为电力电子技术领域的研究热点之一，其广泛应用在交直流电力传输、大容量电机驱动等场合。目前由单相全桥变换器为基本功率模块构成的单相级联H桥(Cascaded H-Bridge, CHB)变换器以其优越的性能获得了最为广泛的关注和应用，其调制策略和控制技术的研究也已较为成熟。但CHB变换器在三相高压大功率系统中应用时，需通过星形或三角形连接后才能与三相系统相连接，故其需要较多的开关器件和直流电容，且其控制方法变得更为复杂。根据级联多电平的思想，以三相桥电压型变换器为基本功率模块，本文提出了一种新型的级联多电平变换器——级联三相桥变换器。该变换器可直接应用在三相高压大功率场合，不仅可作为逆变器使用，也可作为三相高压系统的有源前端整流器使用。首先给出了级联三相桥变换器的构成思想，从桥臂电流、电压和模块传输的功率等三方面对该变换器的特性进行了分析，并研究了该变换器的拓扑扩展方法。接着，分析和研究了级联三相桥变换器的开关调制策略，最终采用载波移相PWM(Carrier Phase-shifted PWM, CPS-PWM)技术并给出其具体的实现方案；对CPS-PWM应用在级联三相桥变换器时的输出谐波进行分析，并对基于CPS-PWM的二级至七级级联的三相桥逆变器进行了仿真验证。然后，研究了级联三相桥变换器在电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)中的应用，搭建了三相三级结构的电力电子变压器系统，高压侧输入级采用三级级联的三相桥整流器、隔离级采用双有源桥(Dual active bridge, DAB)变换器、低压侧输出级采用三相桥电压型逆变器；并对各级的控制方案进行了理论分析。通过仿真验证了电力电子变压器在5种不同的运行工况下均能实现10kV/380V的电压等级变换、输入单位功率因数和输出电压恒定的目标；这五种工况包括三相输入电压跌落和不平衡、输入电压畸变、输出负载突变、输出带非线性负载和感性负载。最后，以DSP+FPGA数字控制器为控制核心，搭建了二级级联三相桥逆变器的实验平台，对其进行实验验证。总之，全文对级联三相桥变换器的拓扑、开关调制策略、控制方法及其在电力电子变压器中的应用进行了详细的分析和研究，并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。